电路元件特性曲线的伏安特性测量法-实验报告

实验报告
课程名称：_______________________________指导老师：________________成绩：__________________ 实验名称：_______________________________实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1.熟悉电路元件的特性曲线；
2.学习非线性电阻元件特性曲线的伏安测量方法；
3掌握伏安测量法中测量样点的选择和绘制曲线的方法； 4.学习非线性电阻元件特性曲线的示波器观测方法。

二、实验内容和原理
1、电阻元件、电容元件、电感元件的特性曲线 在电路原理中，元件特性曲线是指特定平面上定义的一条曲线。

例如，白炽灯泡在工作时，灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的改变而改变，并且具有一定的惯性；又因为温度的改变与流过灯泡的电流有关，所以它的伏安特性为一条曲线。

电流越大、温度越高，对应的灯丝电阻也越大。

一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”可相差几倍至十几倍。

该曲线的函数关系式称为电阻元件的伏安特性，电阻元件的特性曲线就是在平面上的一条曲线。

当曲线变为直线时，与其相对应的元件即为线性电阻器，直线的斜率为该电阻器的电阻值。

电容和电感的特性曲线分别为库伏特性和韦安特性，与电阻的伏安特性类似。

线性电阻元件的伏安特性符合欧姆定律，它在u-i 平面上是一条通过原点的直线。

该特性曲线各点斜率与元件电压、电流的大小和方向无关，所以线性电阻元件是双向性元件。

非线性电阻的伏安特性在u-i 平面上是一条曲线。

普通晶体二极管的特点是正向电阻和反向电阻区别很大。

正向压降很小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几伏至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。

可见，二极管具有单向导电性，如果反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。

稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性则与普通二极管不同，在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当反向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，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。

上述两种二极管的伏安特性均具属于单调型。

电压与电流之间是单调函数。

二极管的特性参数主要有开启电压U th ，导通电压U on ，反向电流I R ，反向击穿电压V BR 以及最大整流电流I F 。

2、非线性电阻元件特性曲线的逐点伏安测量法 元件的伏安特性可以用直流电压表、电流表测定，称为逐点伏安测量法。

伏安法原理简单，测量方便，但由于仪表内阻会影响测量的结果，因此必须注意仪表的合理接法。

采用伏安法测量二极管特性时，限流电阻以及直流稳压源的变化范围与特性曲线的测量范围是有关系的，要根据实验室设备的具体要求来确定。

在综合考虑测量效率和获得良好曲线效果的前提下，测量点的选择十分关键，由于二极管的特性曲线在不同的电压的区间具有不同的性状，因此测量时需 要合理采用调电压或调电阻的方式来有效控制测量样点。

三、主要仪器设备
1.数字万用表
2.电工综合实验台
3.DG07多功能网络实验组件
4.信号源
四、操作方法和实验步骤
测定晶体二极管和稳压二极管的伏安特性的电路图如下所示：
专业：________________ 姓名：________________
学号：________________ 日期：________________ 地点：________________
本实验选择恒压源或恒流源均可，考虑到二极管在电压小于开启电压U th时，其通过电流为0，故我们在此采用恒压源以方便后续的实验。

同时，考虑到直流电压表（20V量程）的内阻为5MΩ，而直流电流表内阻在1Ω至10Ω，被测量的元件电阻变化范围较大，但在测量点较密集的区域中电阻与电流表更接近，为尽量减小仪表内阻带来的影响，选用了电压表内接法，如图所示：
缓慢调节稳压源电压大小并记录二极管的电流和电压，在导通区段附近记录适当密集的点，当需要测量反向电压时，只需调转二极管接入电路的方向即可。

由于稳压二极管正向曲线与晶体二极管类似，故我们只需要测量晶体二极管的正反向伏安特性曲线和稳压二极管的反向伏安特性曲线。

五、实验数据记录和处理
1、用万用表先测得晶体二极管的近似导通电压为0.557V。

电压/V 电流/mA 电压/V 电流/mA 电压/V 电流/mA 电压/V 电流/mA
0 0 0.57 1.1 0.80 54.2 0 0
0.10 0 0.60 2.0 0.82 64.4 -5.2 0
0.36 0 0.65 6.7 0.83 72.5 -8.6 0
0.44 0 0.68 10.5 0.85 81.2 -10.6 0
0.48 0.1 0.72 20.2 0.86 89.5 -17.3 0
0.51 0.3 0.75 30.2 0.87 94.3 -25.3
0.54 0.5 0.77 41.4 .
2、稳压二极管未测正向伏安特性，故但用万用表测得起正向导通电压为0.654V
电压/V 电流/mA 电压/V 电流/mA
0 0 -4.73 -3.52
-1.15 0 -4.80 -5.55
-2.10 0 -4.92 -10.01
-3.02 -0.02 -5.02 -18.02
-4.11 -0.39 -5.14 -35.9
-4.61 -1.72 -5.23 -72.5
-5.33 -94.3
六、实验结果与分析
普通晶体二极管：由上测得数据用origin作图如下（正负电压分别作图）
正向
负向
由图中曲线观察得，普通晶体二极管的导通电压在0.56V附近，这与之前用万用表测得的0.557V很接近，且在导通之后电流迅速增加；而加上反向电压时电流基本维持在0附近，加压至-25V也未能导通。

2、稳压二极管：由测得的负向数据用origin作图有：
由图中曲线观察有，当加上反向电压时并且至-4.9V附近时，稳压二极管进入稳压状态，电流突然增加，端电压维持大致稳定。

七、讨论、心得
这次实验表现出自己的许多不足之处，比如由于对实验器材的操作不是很熟悉，导致自己实验进行的过程非常缓慢，其次就是预习做的很差，以前以为实验的预习只需要清楚操作步骤就可以，然后通过老师的讲解才知道预习需要让自己充分理解实验，然后在此基础上再思考有没有实验可以改进的方案以及这种方案的优缺点在哪里，从中权衡利弊然后进行取舍。

然后在测定数据的过程中也有许多的不足之处，比如没有在某些位置取密集的采样点，而在其他区段取了过多的点，这就导致了实验图像不是那么的符合规范。

其次这个实验也有许多需要注意的细节，如电流表的内外接法对实验误差的影响，这就需要我们对实验器材的基本参数有一个基本了解。

还有就是这个实验中我们可以采取恒流源和恒压源的混合使用，即在截至区段，由于其中电流为0，所以采用恒压源，而在导通区段，由于二极管两端电压近似不变，电流却急剧变化，所以可采用恒流源，方便控制通过其中的电流以得到更加可靠的数据。

同时自己在实验过程中出现了一些失误，由于疏忽，使得通过电阻箱的电流超过了其限流值，幸好及时发现，调小了其中电流，避免了电阻箱的烧坏。