1、实验题目 实验二 电路元件伏安特性的测绘 一、实验目的1.学会识别常用电路元件的方法。2.掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘。3.掌握实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。二、原理说明任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压 U 与通过该元件的电流 I 之间的函数关系 If(U) 来表示，即用 I-U 平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。1.线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图 2-5 中 a 所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。2.一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态， 其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻
2、值也越大，一般灯泡的“冷电阻” 与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图 2-5 中 b 曲线所示。图 2-5 各元件伏安特性曲线3.一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其伏安特性如图 2-5 中 c 所示。正向压降很小（一般的锗管约为 0.20.3V，硅管约为 0.50.7V） ，正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十多至几十伏时，其反向电流增加很小，0-10-20-30 0.51I CDbddDbC U(V)( )粗略地可视为零。可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。4.稳压二极管是一种特殊的半
3、导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性较特别，如图 2-5 中 d 所示。在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时（称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管）电流将突然增加，以后它的端电压将基本维持恒定，当外加的反向电压继续升高时其端电压仅有少量增加。注意：流过二极管或稳压二极管的电流不能超过管子的极限值，否则管子会被烧坏。三、实验设备表 2-5 实验设备序号 名 称 型号与规格 数量 备注1 可调直流稳压电源 030V 12 万 用 表 FM-47 或其他 1 自备3 直流数字毫安表 0200mA 14 直流数字电压表 0200V 15 二 极 管
4、IN4007 1 DGJ-056 稳 压 管 2CW51 1 DGJ-057 白 炽 灯 12V，0.1A 1 DGJ-058 线性电阻器 200，1K/8W 1 DGJ-05四、实验内容1.测定线性电阻器的伏安特性 按图 2-6 接线，调节稳压电源的输出电压 U，从 0 伏开始缓慢地增加，一直到 10V，记下相应的电压表和电流表的读数 UR、I 。图 2-6 线性电阻器的伏安特性测定电路UmA R1K VUmA R200VDIN4007图 2-7 线性电阻器的伏安特性测定电路表 2-6 线性电阻器的伏安特性实验数据UR（ V） 0 2 4 6 8 10I（mA） 0.01 2.02 4.04
5、 6.05 8.07 10.09 2.测定非线性白炽灯泡的伏安特性 将图 2-6 中的 R 换成一只 12V，0.1A 的灯泡，重复步骤 1。U L 为灯泡的端电压。表 2-7 非线性白炽灯泡的伏安特性实验数据UL（ V） 0.1 0.5 1 2 3 4 5I（mA） 6.46 20.7 29.9 33.1 40.9 49.4 56.23.测定半导体二极管的伏安特性 按图 2-7 接线，R 为限流电阻器。测二极管的正向特性时，其正向电流不得超过 35mA，二极管 D 的正向施压 UD+可在 00.75V 之间取值。在 0.50.75V 之间应多取几个测量点。测反向特性时，只需将图 2-7 中的
6、二极管 D 反接，且其反向施压 UD 可达 30V。表 2-8 半导体二极管的正向特性实验数据UD+ (V) 0.10 0.30 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75I（mA） 0 0 0.1 0.5 1.8 5.8 15.4 48.1表 2-9 半导体二极管的反向特性实验数据U D (V) 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30I（ mA） 0 0 0 0 0 0 04.测定稳压二极管的伏安特性正向特性实验：将图 2-7 中的二极管换成稳压二极管 2CW51，重复实验内容 3中的正向测量。U Z+为 2CW51 的正向施压。表 2-10 稳压二极管的正向特性实
7、验数据UZ+（V） 0.1 0.3 0.5 0.6 0.65 0.7 0.75I（mA） 0 0 0.1 0.4 1.5 8.0 50.5 反 向 特 性 实 验 ： 将图 2-7 中的 R 换成 1K，2CW51 反接，测量 2CW51 的反向特 性 。 稳 压 电 源 的 输 出 电 压 UO从 0 20V， 测 量 2CW51 二 端 的 电 压 UZ 及 电 流 I， 由 UZ可看出其稳压特性。表 2-11 稳压二极管的反向特性实验数据UO(V) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20UZ （V） 0 -1.76 -2.30 -2.53 -2.68 -2.80 -2.8
8、9 -2.96 -3.03 -3.08 -3.13I（mA） 0 -0.2 -1.8 -3.7 -5.6 -7.6 -9.7 -11.7 -13.8 -15.8 -18.0五、实验注意事项1.测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加， 应时刻注意电流表读数不得超过 35mA。2.如果要测定 2AP9 的伏安特性，则正向特性的电压值应取0，0.10，0.13，0.15，0.17，0.19，0.21，0.24，0.30（ V） ，反向特性的电压值取0，2，4，10(V)。3.进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程， 勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。六、思考题1.线
9、性电阻与非线性电阻的概念是什么？电阻器与二极管的伏安特性有何区别？电阻值不随电压、电流的变化而变化的电阻称为线性电阻。 电阻值随着电压、电流的变化而改变的电阻,称为非线性电阻。电阻器是线性元件,伏安特性为正比例直线.二极管的伏安特性曲线为一条曲线,在第一象限内类似二次函数过原点的上升曲线,在第三象限也有类似开口向下的二次函数曲线.其曲线上可以找到反向击穿电压,正向电压超过一定值时可视为正比例曲线。2.设某器件伏安特性曲线的函数式为 If(U)，试问在逐点绘制曲线时，其坐标变量应如何放置？水平轴为电流,垂直轴为电压.也有把电压作为水平轴的,比如二极管的伏安特性曲线.先从 0 点开始,依次增大,最
10、后侧无穷点。3.稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。电路中常把它用在整流方面上。稳压二极管的稳压原理：稳压二极管的特点就是加反向电压击穿后，其两端的电压基本保持不变。稳压二极管用来稳压或在串联电路中作基准电压4.在图 2-7 中，设 U=2V，U D+=0.7V，则 mA 表读数为多少？读数 I=(2-0.7) 2001000=6.5(mA)实验结果分析1、电阻器是线性元件,伏安特性为正比例直线。2、白炽灯是非线性元件，伏安特性为斜率不断减少的曲线。3、二极管是非线性元件，二极管的伏安特性曲线为一条曲线,在第一象限内类似二次函数过原点的上升曲线,在第三象限电流一直为零，反向不导通。4、稳压管是非线性元件，其伏安特性的图像在第一象限与二极管一样，而在第三象限当电压达到某个值就保持不变。误差分析:由于白炽灯和二极管受温度的影响比较大，故测量时间过长，会导致元件发热影响并其内阻，进而影响伏安特性的测量结果。
