1．线性与非线性元件伏安特性的测定
一．实验目的
1．学习直读式仪表和直流稳压电源等仪器的使用方法
2．掌握线性电阻元件、非线性电阻元件的伏安特性的测试技能
3．加深对线性电阻元件、非线性电阻元件伏安特性的理解．验证欧姆定律 二．实验原理
电阻元件是一种对电流呈现阻力的元件，有阻碍电流流动的性能。当电流通过电阻元件 时，电阻元件将电能转换成其它形式的能量．并沿着电流流动的方向产生电压降。电压降的 大小等于电流的大小与电阻的乘积。电压降和电流及电阻的这一关系称为欧姆定律。 U=IR
上式的前提条件是电压U和电流I的参考方向相关联．亦即参考方向一致。如果参考方 向相反．则欧姆定律的形式应为
U＝-IR
电阻上的电压和流过它的电流是同时并存的．也就是说，任何时刻电阻两端的电压降只 由该时刻流过电阻的电流所确定，与该时刻前的电流的大小无关，因此，电阻元件又被称为 “无记忆”元件。
当电阻元件R的值不随电压或电流大小的变化而改变时，则电阻R两端的电压与流过它的电流成正比例。我们把符合这种条件的元件称为线性电阻元件。反之．不符合上述条件的电阻元件被叫做非线性电阻元件。
电阻元件的特性除了用电压和电流的方程式表示外，还可以用其电流和电压的关系图形 来表示，该图形称为此元件的伏安特性曲线。线性电阻的伏安特性曲线为一条通过坐标原点 的直线，该直线的斜率即为电阻值，它是一个常数。如图1-1所示。 半导体二极管是一种非线性电阻元件。它的电阻值随着流过它的电流的大小而变化。半 导体二极管的电路符号用表示．其伏安特性如图1-2所示。由此可见半导体二极管的伏安特性为非对称曲线。
图1-1线性电阻的伏安特性 图l-2半导体二极管伏安特性
对比图1-l和图1-2可以发现，线性电阻的伏安特性对称于坐标原点。这种性质称为双向性，为所有线性电阻元件所具备。半导体二极管的伏安特性不但是非线性的．而且对于坐标原点来说是非对称性的，又称非双向性。这种性质为多数非线性电阻元件所具备。半导体二极管的电阻随着其端电压的大小和极性的不同而不同，当外加电压的极性和二极管的极性相同时，其电阻值很小，反之二极管的电阻很大。半导体二极管的这一性能称为单向导电性，利用单向导电性可以把交流电变换成为直流电。 三． 实验容和步骤
1．测定线性电阻的伏安特性
本实验在九孔实验方板上进行。分立元件R=200Ω和R=2000Ω电阻作为被测元件．井按图1-3接好线路。经检查无误后．打开直流稳压电源开关。依次调节直流稳压电源的输出电压为表1-1l中所列数值。并将相对应的电流值记录在表1-l中。
图1-3 测量电阻的伏安特性电路图
表1-1 测定线性电阻的伏安特性
R=200Ω R=2000Ω U(V) I(mA) I(mA) 0 2 4 6 8 10
2 测量半导体二极管 (1) 正向特性
图1-4(a) 测量半导体二极管正向伏安特性电路图
按图1-4(a)接好线路。经检查无误后，开启稳压电源．输山电压调至2v。调节电位器 R，使电压表读数分别为表1-2中数值，井将相对应的电流表读数记于表1-2中，为了便于作图，在曲线弯曲部分可适当多取几个测量点。 表1-2 测定二极管的正向伏安特性 U(V) I(mA) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75
(2) 反向特性
图1-4(b) 测量半导体二极管反向伏安特性电路图
按图1-4(b)接好线路。经检查无误后，开启稳压电源．输山电压调至20v。调节可变电阻器使电压的读数分别为表1-3中所列数值，井将相对应的电流表读数记入表1-3中。 表1-3 测定二极管的反向伏安特性
U(V) I(mA) 0 5 10 15 20 3．测定小灯泡灯丝的伏安特性
图1-5 测最小灯泡灯丝伏安特性电路图
本实验采用低压小灯泡做为测试对象。
接图1-5接好线路．经检查无误后．打开直流稳压电源开关。依次调节电源输山电压为 表2—4所列数值。井将相对应的电流值记录在表1－4中。
表1-4 测定小灯泡灯丝的伏安特性 U(V) I(mA) 0 0．4 0．8 1．2 1．6 2 3 4 5 6 8
四．实验设备
名称 数量 型号 1．直流可调电压0－30V板 1 MC1046
2 电阻 3 10Ω×1，200Ω×1，2kΩ×1 3 电位器 1 1kΩ×1 4 二极管 1
5 灯座和灯泡 1 12V/0,1A×1 6 标准型导线 若干 7 标准型短接桥 若干
8 九孔实验方板 1块 200mm×300mm 9 交直流电压电流表 2块 MC1102，MC1108
线性与非线性元件伏安特性的测定
