电路元件伏安特性的测量(实验报告答案)

实验一 电路元件伏安特性的测量
一、实验目的
1．学习测量电阻元件伏安特性的方法；
2．掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法； 3．掌握直流稳压电源和直流电压表、直流电流表的使用方法。

二、实验原理
在任何时刻，线性电阻元件两端的电压与电流的关系，符合欧姆定律。

任何一个二端电阻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 之间的函数关系式I ＝f (U )来表示，即用I －U 平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为电阻元件的伏安特性曲线。

根据伏安特性的不同，电阻元件分为两大类：线性电阻和非线性电阻。

线性电阻元件的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-1（a ）所示。

该直线的斜率只由电阻元件的电阻值R 决定，其阻值R 为常数，与元件两端的电压U 和通过该元件的电流I 无关；非线性电阻元件的伏安特性曲线不是一条经过坐标原点的直线，其阻值R 不是常数，即在不同的电压作用下，电阻值是不同的。

常见的非线性电阻如白炽灯丝、普通二极管、稳压二极管等，它们的伏安特性曲线如图1-1（b ）、（c ）、（d ）所示。

在图1-1中，U ＞0的部分为正向特性，U ＜0的部分为反向特性。

(a)线性电阻 (b)白炽灯丝
元件的阻值。

三、实验设备与器件
1.直流稳压电源 1 台
2.直流电压表 1 块
3.直流电流表 1 块
4.万用表 1 块
5.白炽灯泡 1 只
6. 二极管 1 只
7.稳压二极管 1 只
8.电阻元件 2 只
四、实验内容
1．测定线性电阻的伏安特性
按图1-2接线。

调节直流稳压电源的输出电压U ，从0伏开始缓慢地增加（不得超过10V ），在表1-1中记下相应的电压表和电流表的读数。

表1-1 测定线性电阻的伏安特性
U （V ） 0 1 2 3 4 5 6 7
8 9 10
I （mA ） 0
1
1.98
2.99
3.98
4.97
5.96
6.96
7.96
8.94
9.94
2．测定白炽灯泡的伏安特性
将图1-2中的1kΩ线性电阻R 换成一只12V ，0.1A 的灯泡，重复1的步骤，在表1-2中记下相应的电压表和电流表的读数。

表1-2 测定白炽灯泡的伏安特性
U （V ） 0.1
0.2
0.4 0.7 1 1.5 2 2.5 3
3.5
4
4.5
5
I （mA ） 10.1 15.5 20
25.5 30.5 37.8 44.3 50.3 55.6 60.7 65.6 70.3 74.6
3．测定半导体二极管的伏安特性
按图1-3接线，R 为限流电阻，取200Ω，二极管的型号为1N4007。

测二极管的正向
特性时，其正向电流不得超过35mA ，二极管Ｄ的正向压降U D+可在0～0.75V 之间取值。

特别是在0.5～0.75之间更应取几个测量点。

测反向特性时，将直流稳压电源的输出端正、
D IN4007
+
－
U
+
－
R
mA +－
200
V
图 1-3测定非线性电阻的伏安特性
图 1-2测定线性电阻的伏安特性 －R
mA 1K +
U
+－
+
－
V
1kΩ
负连线互换，调节直流稳压输出电压U，从0伏开始缓慢地增加，其反向施压U D
－可达－30V，数据分别记入表1-3和表1-4。

表1-3 测定二极管的正向特性
U D+ (V) 0 0.2 0.4 0.45 0.5 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75
I (mA)0.00 0.00 0.00 0.000.11 0.32 1.07 3.21 10.2 25.6
表1-4 测定二极管的反向特性
U D－(V) 0 －5 －10 －15 －20 －25 －30
I (mA) 0 0 0 0 0 0 0
4．测定稳压二极管的伏安特性
（1）正向特性实验
将图1-3中的二极管1N4007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，数据记入表1-5。

表1-5测定稳压管的正向特性
U Z+（V）0 0.2 0.3 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75
I（mA）0 0 0 0 0 0 0 0 0.1 0.5 3.4
（2）反向特性实验
将图1-3中的稳压二极管2CW51反接，测量2CW51的反向特性。

稳压电源的输出电
压U从0～20V缓慢地增加，测量2CW51二端的反向施压U Z
－及电流I，由U Z－可看出其稳压特性。

数据记入表1-6。

U(V) 0 1 2 3 4 5 8 10 12 18 20
U Z—（V）0 -0.99 -1.82 -2.23 -2.50 -2.65 -2.96 -3.09 -3.2 -3.42 -3.48
I（mA）0 -0.15 -0.19 -0.74 -1.56 -2.37 -5.06 -6.91 -8.82 -14.49 -16.47
五、实验预习
1. 实验注意事项
(1)测量时，可调直流稳压电源的输出电压由0缓慢逐渐增加，应时刻注意电压表和电流表，不能超过规定值。

(2)直流稳压电源输出端切勿碰线短路。

(3)测量中，随时注意电流表读数，及时更换电流表量程，勿使仪表超量程，注意仪表的正负极性。

2. 预习思考题
(1)线性电阻与非线性电阻的伏安特性有何区别？它们的电阻值与通过的电流有无关
系？
答：线性电阻元件的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，电压与电流的关系，符合欧姆定律。

线性电阻元件的阻值R为常数，与元件两端的电压U和通过该元件的电流I无关。

非线性电阻元件的伏安特性曲线不是一条经过坐标原点的直线，其阻值R不是常数，即在不同的电压作用下，电阻值是不同的。

(2)请举例说明哪些元件是线性电阻，哪些元件是非线性电阻，它们的伏安特性曲线是什么形状？
答：电阻器是线性电阻，其伏安特性曲线的形状见图1-1（a）所示。

白炽灯丝、普通二极管、稳压二极管等是非线性电阻，它们的伏安特性曲线如图1-1（b）、（c）、（d）所示。

(3)设某电阻元件的伏安特性函数式为I＝f（U），如何用逐点测试法绘制出伏安特性曲线。

答：在平面内绘制xOy直角坐标系，以x轴为电压U，y轴为电流I，计算出电流I 和电压U的数据，根据数据类型，合理地绘制伏安特性曲线。

六、实验报告
1．根据实验数据，分别在方格纸上绘制出各个电阻的伏安特性曲线（其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）。

2．根据线性电阻的伏安特性曲线，计算其电阻值，并与实际电阻值比较。

3. 必要的误差分析。

4. 实验总结及体会。