实验二 二端元器件伏安特性的测定

实验二 二端元器件伏安特性的测定
一．目的
1.了解线性电阻、非线性电阻及电源的伏安特性。

2.学习元件伏安特性的测试方法。

二．说明
一个二端电阻元件的特性，用其端电压U 和流过它的电流I 之间的关系
表示，这种关系称为元件的伏安特性。

搭建一个实验电路，逐点测量
元件的端电压和对应的电流，可在U －I 平面上描绘出该元件的伏安特性。

0),(=I U f
线性电阻的伏安特性服从欧姆定律，画在U －I 平面上是一条通过原点的直线，如图1（a ）所示。

非线性电阻元件的伏安特性是U －I 平面上一条曲线。

白炽灯泡的电阻随电流增大而增大，其伏安特性如图1（b ）所示。

二极管具有单向导电性，加正向电压时电阻小，加反向电压时电阻大，其伏安特性如图1（c ）所示。

可见，灯泡和二极管可用非线性电阻元件作为它们的电路模型。

U
U
（a ） （b ） （c ） （图1）
电源是能够输出电能的装置，例如发电机、电池等。

一般直流电源的伏安特性（或称外特性）如图2（a ）所示，其数学表达式为：
（1）
I R U U S S −=其中U S 是电源的开路电压，αtg R S =称为电源的内阻。

由（1）式可得电源的电路模型为图2（b ）所示，R S 越小，电源就越接近理想电压源。

（1）式可改写为 U G I U R R U I S S S S S −=−=)1()( （2）
其中I S 是电源的短路电流，G S 是电源的内电导。

由（2）式得到电源的另一种模
型示于图2（c）中，G S越小（即R S越大），则电源越接近于理想电流源。

本实验台配置的直流稳压电源和直流稳流电源均为电子设备，在一定的负载范围内，前者的输出电压（后者的输出电流）基本上不随外电路变化而变化，接近于理想电压（流）源。

（a）（b）（c）
（图2）
三．任务与步骤
首先选出本次实验所用电源、仪表及元件，熟悉它们的用法。

注意:1.在以下
实验中电压源和电流源均应先关断开关并调到零，接好电路检查无误后再合上开
关并将输出缓慢调到所需数值。

2.每改变一次电路参数（电源值或电阻等），都
应考虑是否要改变电压表和电流表的量程。

拿不准时，可先用大量程试测。

任务1. 线性和非线性电阻元件伏安特性的测定
按图3接线，其中元件分别为100欧姆电阻、白炽灯、硅二极管和锗二极管，
按表1进行测量（表中所给电流和电压为大概值，实验中应精确记录）。

电
阻
□
100Ω
灯
泡
二
极
管
（图3）
表1
I(mA)
2 6 10 30 50 70 90 110
100Ω
电阻
U(V)
I(mA)
5 8 15 30 50 70 90 100
灯泡
U(V)
I(mA)
2 6 10 50 100
150 硅二
极管
U(V)
0.1
0.3
0.5
I(mA)
2 6 10 50 100
150 锗二
极管
U(V)
0.05
0.1
0.15
任务2. 电流源伏安特性的测定
步2－1.测电流源未并联内阻时的伏安特性
按图4接线，其中R2为D01元件板上R×10、R×100、R×1K 3个可调电阻的串联。

先将R2调到0欧姆，合上电流源开关，调节电流源使其输出为5mA。

按表2调节R2的大小，测量U、I并记录。

步2－2.测电流源并联内阻时的伏安特性
将电流源的开关打到断开的位置（此时电流源并联了一个51Ω的内部电阻），拆除图4中的R1，其余按步2－1进行。

电
阻
箱
（图4）
表2
R2 (Ω)
0 10 40 70 1003007001K2K4K6K 9K ∞
I(mA)
未并
内部
电阻U(V)
I(mA)
并联
内部
电阻U(V)
任务3. 电压源伏安特性的测定
自拟实验方案，测定直流稳压电源的伏安特性。

（注意该电压源不许短路，其额定输出电流为1安培。

）
四．实验设备
1．直流稳压电源2．直流稳流电源3．直流电压表4．直流电流表
5．D01、D02、元件板上的电阻箱、固定电阻、白炽灯及二极管
五．预习
1．阅读“GDDS--1C型实验台使用说明”中与本实验所用设备有关的内容。

2．设计任务3的实验方案。

六．实验报告要求
1. 根据实验数据，绘出实验中所测元件和电源的伏安特性曲线。

2. 用电压表和电流表测量元件的伏安特性时，电压表可接在电流表之前或之后，两者对测量误差有何影响？实际测量时应根据什么原则选择。