线性与非线性元件伏安特性的测定上课讲义
探究线性元件与非线性元件的伏安特性曲线教学设计
课题：探究线性元件与非线性元件的伏安特性曲线【类型】实验探究课，同时体现教师的主导作用【实验设备】PASCO传感器、Datastudio软件、微机及一些相关附件、PPT演示文稿、学生电源、电压表、电流表、定值电阻、食盐水溶液、小灯泡、二极管、滑动变阻器、电键、导线【学生基础】1.知识基础：知道什么是伏安特性曲线，了解线性元件和非线性元件的定义，理解欧姆定律。
2.能力基础：具有使用PASCO传感器的基本技能，具有运用Datastudio软件分析数据的能力，具有从图象中获取信息，分析物理规律的能力。
【教学目的】知识与能力：1.能够根据具体实验选择恰当的实验方案2.会根据伏安特性曲线的走向正确判断元件属于线性元件还是非线性元件3.理解非线性元件伏安特性曲线上工作区的涵义4.了解科学的研究过程，掌握科学的研究方法方法与过程：教师创设情景，提出问题，引导同学们进行实验探究，在探究的过程中渗透科学态度，科学方法。
并用实验验证理论的正确性。
学生们在做实验过程中运用到了控制变量法和类比法。
情感态度与价值观：唯物主义思想，实践是检验真理的唯一标准，体验物理中的简洁美。
同学间的分工与合作的能力。
【教学重点】能够根据伏安特性曲线的走向正确判断元件是线性元件还是非线性元件【教学难点】理解非线性元件伏安特性曲线上工作区的涵义，以及了解科学的研究过程，掌握科学的研究方法【教学过程】（一）课题引入、提出认知目标：探究线性元件与非线性元件的伏安特性曲线通过之前的学习，同学们已经了解了伏安特性曲线的定义及线性元件和非线性元件的概念。
但是同学们还有很多猜想和疑问。
所以我们要进行这节课：探究线性元件与非线性元件的伏安特性曲线。
我们要探究四种元件的伏安特性曲线：定值电阻、食盐水溶液、小灯泡、二极管。
（二）设计实验设计方案你的实验方案是什么？学生讨论。
1、要探究元件的伏安特性曲线，就要测出流过导体的电流和导体两端的电压。
由于待测元件的阻值比较小，与电流表阻值接近，为了减小实验的系统误差，我们应该采用外接法。
线性与非线性元件伏安特性的测定
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。
大学物理实验伏安特性的测定讲课文档
管，以及光敏、热敏和压敏元件等。人们常需要了解这些元件
的伏安特性，对正确地使用它们是至关重要的。
利用滑线变阻器的分压接法，通过电压和电流表正确地测
出它们的电压与电流的变化关系 称为伏安特性测量（简称：
伏安法）。
第五页，共30页。
有
非
线性电阻（常数值
线 性
）
电 阻 吗
U
？
R 0
I
电阻是常数，其值与按欧姆 定律定义的直流电阻相等。
电磁学实验基本仪器
物理实验教程81-83页，丁慎训、张连芳 主编
伏安特性测量实验仪器
第十二页，共30页。
熟悉指针式电表的结构、规格、误差
物理实验教程81-83页，丁慎训、张连芳 主编
第十三页，共30页。
磁电式(直流)电表内部结构图
第十四页，共30页。
电磁式(交直流)电表内部结构图
交流电流表与电压表的区别是，电流表的线圈导线粗，圈数少，电 压表的线圈导线细，圈数多，有的还有附加电阻。
第十八页，共30页。
实验中的关键技术(概念)
在测量电学元件的伏安特性线路中有电流表内接和电流表 外接两种接法。不管那种接法，由于电压表、电流表都有一 定的内阻(分别设为 RV 和RI )存在, 致使电压和电流的测量欠准确，
造成系统误差，所测电阻值需要修正。
1. 考虑电流表和电压表的内电阻
2. 电流表选择内、外接的原则 3. 考虑电流表和电压表的量程选择
微波电路、功率模块、阻抗变换器等
例如：可控硅在导通的瞬间两端的电压是急剧下降的，而电流
是急剧上升的，与普通的电阻正好相反，所以叫做“负阻”。
例如：ZnO陶瓷材料也具有负阻特性。 例如：线性电阻与运算放大器构成非线性电阻。
电工学实验讲义
实验一 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. 掌握实验箱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1-1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1-1中b 曲线所示。
图1-13. 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1-1中 c 所示。
正向压降很小（一般的锗管约为0.2～0.3V ，硅管约为0.5～0.7V ），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，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1-1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、实训设备四、实验内容1. 测定线性电阻器的伏安特性按图1-2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左右，记下相应的电压表和电流表的读数U R、I。
1实验一线性与非线性元件伏安特性
实验一 线性与非线性元件伏安特性一、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1-1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1-1中b 曲线所示。
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1-1中 c 所示。
图1-1 正向压降很小（一般的锗管约为0.2～0.3V ，硅管约为0.5～0.7V ），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，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。
注意：流过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、 实验设备四、实验内容1. 测定线性电阻器的伏安特性U(V)( )图 1-2 图 1-3按图1-2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U R 、I 。
2. 测定非线性白炽灯泡的伏安特性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U D+可在0～0.75V 之间取值。
在0.5～0.75V 之间应多取几个测量点。
电工技术实验讲义
班级姓名学号成绩实验一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。
U(V)3.一般的半导体伏安特性如图2-5中 c 所示。
正向压降很小（一般的锗管约为0.2～0.3V ，硅管约为0.5～0.7V ），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，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U R 、I 。
U图2-6线性电阻器的伏安特性测定电路图2-7线性电阻器的伏安特性测定电路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。
线性与非线性元件讲解
（a）含源一端口网络
（b）用戴维南定理等效替代 图3-1等效电源定理
（c）用诺顿定理等效替代
2． 实验内容和步骤
3.接线图
实验4.电压源与电流源的等效变换
1.实验原理 2.实验内容和步骤 3.接线图
1． 实验原理
电流源是除电压源以外的另一种形式的电源，它可以给外电路提供电 流。电流源可分为理想电流源和实际电流源（实际电流源通常简称电流 源），理想电流源可以向外电路提供一个恒值电流，不论外电路电阻的大 小如何。理想电流源具有两个基本性质：第一，它的电流是恒值的，而与 其端电压的大小无关；第二，理想电流源的端电压并不能由它本身决定， 而是由与之相联接的外电路确定的。理想电流源的伏安特性曲线如图4-1所 示。
星形电路:
三角形电路:
2.实验步骤:
1)线电压、相电压测量，用MC1098直接测量， 测量结果填表. 2)星形电路：按图连接电路，测量对称负载有中 线、对称负载无中线、不对称负载有中线、不 对称负载无中线电路的参数。用二瓦计法测量 三相功率的测量电路. 3)三角形电路：测量对称负载、不对称负载电路 的参数，按连接电路. 4)相序测量
( t t0)/
)
解放电过程的微分方程
Uc( t) U0e
( t t0)/
观测方法：用函数信号发生器输入连续 的方波（包括正负阶跃），通过示波器 观测波形，测量时间常数 实验内容：四个电路，每个电路两组参 数，在坐标纸上绘制8张输出波形图；用 示波器测量第一个电路第一组参数的时 间常数（从充电曲线和放电曲线中任选 一条曲线测量）
实验6 二阶电路过渡过程实验
实验电路 由电阻、电容和电感串联组成的电路 该电路可以用二阶微分方程描述，改变 电路参数，电路响应会出现过阻尼、临 界阻尼和欠阻尼三种情况 实验内容 观测并绘制过阻尼、临界阻尼和欠阻尼 三种情况下的6条曲线：电容两端电压随 时间变化的曲线、电流随时间变化的曲 线，按讲义上的要求计算参数
线性与非线性元件伏安特性的测定
8 九孔实验方板 1块200mm×300mm
9 交直流电压电流表 2块 MC1102，MC1108
五．分析与讨论
1．按报告单上所列项日认真填写实验报告。
2．根据实验中所得数据，在坐标纸上绘制两个线性电阻、半导体二极管、小灯泡灯丝的伏安特性曲线。
3．分析实验结果，并得出相应结论。
基尔霍夫回路电压定律；电路中任意时刻．沿任一闭合回路，电压的代数和为零。其数
学表达式为
∑U=0。
此定阐明了任一闭合回路中各电压间的约束关系。这种关系仅与电路的结构有关．而
与构成回路的各元件的性质无关。不论这些元件是线性的或非线性的，含源的或无源的，时
变的或时不变的。
参考方向：
KCL和KVI表达式中的电流和电压都是代数量。它们除具有大小之外，还有其方向，其方向是以它量值的正、负表示的。为研究问题方便，人们通常在电路中假定一个方向为参考．称为参考方向。当电路中的电流(或电压)的实际方向与参考方向相同时取正值，其实际方向与参考方向相反时取负值。
2k
2.5k
开路
I(mA)
U(V)
2 验证戴维南定理
(1) 分别用直接测量法和补偿法测量C、D端口网络的开路电压UOC；
(2) 用补偿法(或直接测量法)所测得的开路电压UOC和步骤1中测得的短路电流(RL=0)ISC，计算C、D端入端等效电阻
(3)按图3一l(b)构成戴维南等效电路，其中电压源用直流稳压电源代替，调节电源输出电压，使之等于UOC，Ri用电阻箱代替，在C、D端接入负载电阻RL，如图3-5所示。按表3一l中相同的电阻值，测取电流和电压，填入表3—2。
用等效电路替代一端口含源网络的等效性，在于保持外电路中的电流和电压不变，即替
1实验一线性与非线性元件伏安特性
实验一 线性与非线性元件伏安特性一、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1-1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1-1中b 曲线所示。
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1-1中 c 所示。
图1-1 正向压降很小（一般的锗管约为0.2～0.3V ，硅管约为0.5～0.7V ），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，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。
注意：流过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、 实验设备四、实验内容1. 测定线性电阻器的伏安特性U(V)( )图 1-2 图 1-3按图1-2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U R 、I 。
2. 测定非线性白炽灯泡的伏安特性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U D+可在0～0.75V 之间取值。
在0.5～0.75V 之间应多取几个测量点。
第2讲 非线性元件伏安特性的测量201210
非线性元件伏安特性的测量
五、实验数据的采集
2—2、普通稳压二极管反向伏安特性
序号 UD（v） UR（v） 1 2 3 4 5 6 ……
ID（A）
实验数据不能少于10个. 在作图纸上描出反向伏安特性曲线. 求出稳压二极管的稳压值UW
非线性元件伏安特性的测量
合理选定电源电压： 保证元件安全使用，测量值应小于其额定数值。 保证测量范围覆盖正常工作范围。 正式测量前对元件粗测： 大致了解元件特性、变化范围。 合理选取测量点，测量值变化大的，增加测量点。
序号 UD（v） UR（v） 1 2 3 4 5 6 ……
ID（A）
实验数据不能少于10个. 在作图纸上描出反向伏安特性曲线.
非线性元件伏安特性的测量
五、实验数据的采集
2—1、普通稳压二极管正向伏安特性
序号 UD（v） UR（v） 1 2 3 4 5 6 ……
ID（A）
实验数据不能少于10个. 在作图纸上描出正向伏安特性曲线.
当P区处于负电位、N区处于正电位. ——Pn结的空间电荷区变宽. 作用: ——形成在一定反向电压范围内与反 向偏置电压值无关的反向饱和电流. Pn结具有单向导电的特征
非线性元件伏安特性的测量
二、实验方案的策划
实验原理 ——普通二极管的伏安特性
二极管处于正向偏置工作状态
当正向电压小于某电压二极管 将处于为非导通状态.
k = RL/RAB
制流电路
制流曲线
非线性元件伏安特性的测量
四、实验步骤的策划
实验电路 ——分压电路及特征 k = RL/RAB
分压电路
分压曲线
非线性元件伏安特性的测量
四、实验步骤的策划
测量普通二极管的伏安特性
线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线
线性电阻和⾮线性电阻的伏安特性曲线线性电阻和⾮线性电阻的伏安特性曲线【教学⽬的】1、测绘电阻的伏安特性曲线，学会⽤图线表⽰实验结果。
2、了解晶体⼆极管的单向导电特性。
【教学重点】1、测绘电阻的伏安特性曲线；2、了解⼆极管的单向导电特性。
【教学难点】⾮线性电阻的导电性质。
【课程讲授】提问：1.如何测绘伏安特性曲线？2.⼆极管导电有何特点？⼀、实验原理当⼀个元件两端加上电压，元件内有电流通过时，电压与电流之⽐称为该元件的电阻。
若⼀个元件两端的电压与通过它的电流成⽐例，则伏安特性曲线为⼀条直线，该类元件称为线性元件。
若元件两端的电压与通过它的电流不成⽐例，则伏安特性曲线不再是直线，⽽是⼀条曲线，这类元件称为⾮线性元件。
⼀般⾦属导体的电阻是线性电阻，它与外加电压的⼤⼩和⽅向⽆关，其伏安特性是⼀条直线(见图1)。
从图上看出，直线通过⼀、三象限。
它表明，当调换电阻两端电压的极性时，电流也换向，⽽电阻始终为⼀定值，等于直线斜率的倒数V。
RI常⽤的晶体⼆极管是⾮线性电阻，其电阻值不仅与外加电压的⼤⼩有关，⽽且还与⽅向有关。
下⾯对它的结构和电学性能作⼀简单介绍。
图1线性电阻的伏安特性图2晶体⼆极管的p-n结和表⽰符号晶体⼆级管⼜叫半导体⼆极管。
半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。
如果在纯净的半导体中适当地掺⼊极微量的杂质，则半导体的导电能⼒就会有上百万倍的增加。
加到半导体中的杂质可分成两种类型：⼀种杂质加到半导体中去后，在半导体中会产⽣许多带负电的电⼦，这种半导体叫电⼦型半导体 (也叫n型半导体)；另⼀种杂质加到半导体中会产⽣许多缺少电⼦的空⽳(空位)，这种半导体叫空⽳型半导体 (也叫p型半导体)。
晶体⼆极管是由两种具有不同导电性能的n型半导体和p型半导体结合形成的p-n结构成的。
它有正、负两个电极，正极由p型半导体引出，负极由n型半导体引出，如图2(a)所⽰。
p-n结具有单向导电的特性，常⽤图2(b)所⽰的符号表⽰。
非线性电阻伏安特性的研究PPT课件
大学物理实验
1
实验目的
• 掌握测量伏安特性的基本方法，并用作图 法表示测量结果；
• 了解在才二两中由于电表接入而引起的系 统误差；
• 学会设计测量非线性电阻伏安特性的电路。
2
实验仪器
• 直流稳压电源；电压表，电流表（毫安表， 微安表）；二极管；滑动变阻器
3
实验原理
二极管在家正向或是反向电压时，其电压 电流不成比例。而伏安法测电阻又两种电 路，分别是电流表内接电路和电流表外接 电路。为了减少误差，本实验中在正向测 量原理图中采用电流表外接，反向测量原 理图中是内接电路。
8
实验步骤
• 断开开关，按（b）图连接，电源电压调至 25V至30V之间；
• 调节滑动变阻器，是电压表值为 0.00,1.00,2.00,3.00,4.00,5.00,6.00,7.00，, 8.00,9.00,10.00,11.00,11.20,11.40,11.60， 11.80,12.0，并记录下相应的电流表值。
4
5
2024/10/16
6
7
实验步骤
• 按原理图（a）连接电路，在闭合开关前， 吧滑动变阻器调至阻止最大；
• 闭合开关，把电源电压调至2.5V至3V之间， 调节滑动变阻器，使电压表值为 0.00,0.10,0.20,0.30,0.40,0.50,0.60,0.62,0. 64,0.66,0.68,0.70；并记录下相应的电流表 值。
9
实验数据处理
• 建立两行的表格，第一行记录电压值，第 二行记录相应的电流表值；
• 最后再方格纸上建立坐标系，根据实验数 据作出二极管的伏安特性图
10
2024/10/16
11
实验七线性和非线性电学元件伏安特性的测量
实验七线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线电阻是电学中常用的物理量。
利用欧姆定律求导体电阻的方法称为伏安法，它是测量电阻的基本方法之一。
为了研究材料的导电性，通常作出其伏安特性曲线，了解它的电压与电流的关系。
伏安特性曲线是直线的元件称为线性元件，伏安特性曲线不是直线的元件称为非线性元件。
这两种元件的电阻都可用伏安法测量。
但由于测量时电表被引入测量线路，电表内阻必然会影响测量结果，因而应考虑对测量结果进行必要的修正，以减少系统误差。
【实验目的】1．通过对线性电阻伏安特性的测量，学习正确选择和使用伏安法测电阻的两种线路。
2．通过对二极管伏安特性的测量，了解非线性电学元件的导电特性。
3．习按电路图正确地接线，掌握限流电路和分压电路的主要特点。
4．学会用作图法处理实验数据。
【实验仪器】欧姆定律实验盒直流稳压电源滑线变阻器（2个）单刀开关数字电流表数字电压表保护电阻【实验原理】当一个元件两端加上电压，元件内有电流通过时，电压与电流之比称为该元件的电阻。
若一个元件两端的电压与通过它的电流成比例，则伏安特性曲线为一条直线，这类元件称为线性元件。
若元件两端的电压与通过它的电流不成比例，则伏安特性曲线不再是直线，而是一条曲线，这类元件称为非线性元件。
一般金属导体的电阻是线性电阻，它与外加电压的大小和方向无关，其伏安特性是一条直线（见图1），从图上看出，直线通过一、三象限。
它表明，当调换电阻两端电压的极性时，电流也换向，而电阻始终为一定值，等于直线斜率的倒数R =V/I。
常用的半导体二极管是非线性电阻，其电阻值不仅与外加电压的大小有关，而且还与方向有关。
为了了解半导体二极管的导电特性，下面对它的结构和电学性能作一简单介绍。
图1 线性电阻的伏安特性图2 半导体二极管的p-n结和表示符号半导体二极管又叫晶体二极管。
半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。
如果在纯净的半导体中适当地掺入极微量的杂质，则半导体的导电能力就会有上百万倍的增加。
探究线性元件与非线性元件的伏安特性曲线教学设计
课题：探究线性元件与非线性元件的伏安特性曲线【类型】实验探究课，同时体现教师的主导作用【实验设备】PASCO传感器、Datastudio软件、微机及一些相关附件、PPT演示文稿、学生电源、电压表、电流表、定值电阻、食盐水溶液、小灯泡、二极管、滑动变阻器、电键、导线【学生基础】1.知识基础：知道什么是伏安特性曲线，了解线性元件和非线性元件的定义，理解欧姆定律。
2.能力基础：具有使用PASCO传感器的基本技能，具有运用Datastudio软件分析数据的能力，具有从图象中获取信息，分析物理规律的能力。
【教学目的】知识与能力：1.能够根据具体实验选择恰当的实验方案2.会根据伏安特性曲线的走向正确判断元件属于线性元件还是非线性元件3.理解非线性元件伏安特性曲线上工作区的涵义4.了解科学的研究过程，掌握科学的研究方法方法与过程：教师创设情景，提出问题，引导同学们进行实验探究，在探究的过程中渗透科学态度，科学方法。
并用实验验证理论的正确性。
学生们在做实验过程中运用到了控制变量法和类比法。
情感态度与价值观：唯物主义思想，实践是检验真理的唯一标准，体验物理中的简洁美。
同学间的分工与合作的能力。
【教学重点】能够根据伏安特性曲线的走向正确判断元件是线性元件还是非线性元件【教学难点】理解非线性元件伏安特性曲线上工作区的涵义，以及了解科学的研究过程，掌握科学的研究方法【教学过程】（一）课题引入、提出认知目标：探究线性元件与非线性元件的伏安特性曲线通过之前的学习，同学们已经了解了伏安特性曲线的定义及线性元件和非线性元件的概念。
但是同学们还有很多猜想和疑问。
所以我们要进行这节课：探究线性元件与非线性元件的伏安特性曲线。
我们要探究四种元件的伏安特性曲线：定值电阻、食盐水溶液、小灯泡、二极管。
（二）设计实验设计方案你的实验方案是什么？学生讨论。
1、要探究元件的伏安特性曲线，就要测出流过导体的电流和导体两端的电压。
由于待测元件的阻值比较小，与电流表阻值接近，为了减小实验的系统误差，我们应该采用外接法。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
线性与非线性元件伏安特性的测定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．实验内容和步骤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U(V) 0 2 4 6 8 10 R=200ΩI(mA)R=2000ΩI(mA)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) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 I(mA)(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) 0 5 10 15 20 I(mA)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) 0 0．4 0．8 1．2 1．6 2 3 4 5 6 8I(mA)四．实验设备名称数量型号1．直流可调电压0－30V板 1 MC10462 电阻3 10Ω×1，200Ω×1，2kΩ×13 电位器 1 1kΩ×14 二极管 15 灯座和灯泡 1 12V/0,1A×16 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×300mm9 交直流电压电流表 2块 MC1102，MC1108五．分析与讨论1．按报告单上所列项日认真填写实验报告。
2．根据实验中所得数据，在坐标纸上绘制两个线性电阻、半导体二极管、小灯泡灯丝的伏安特性曲线。
3．分析实验结果，并得出相应结论。
4．回答下列思考题：（1）试说明图1-4(a)、(b)中电压表和电流表接法的区别，为什么?（2）通过比较线性电阻与灯丝的伏安特性曲线分析这两种元什性质的异同。
（3）什么叫双向元件?白炽灯灯丝是双向元件吗?2．基尔霍夫定律的验证一实验目的1．通过实验验证基尔霍夫电流定律和电压定律，巩固所学理论知识2．加深对参考方向概念的理解二实验原理基尔霍夫定律是电路理论中最基本也是最重要的定律之一。
它概括了电路中电流和电压分别遵循的基本规律。
它包括基尔霍夫节点电流定律(KCL)和基尔霍夫回路电压定律(KVL)。
基尔霍夫节点电流定律：电路中任意时刻流进(或流出)任一节点的电流的代数和等于零。
其数学表达式为：∑I=0。
此定律阐述了电路任一节点上各支路电流间的约束关系，这种关系与各支路上元件的性质无关，不论元什是线性的或是非线性的，含源的或是无源的，时变的或时不变的。
基尔霍夫回路电压定律；电路中任意时刻．沿任一闭合回路，电压的代数和为零。
其数学表达式为∑U=0。
此定阐明了任一闭合回路中各电压间的约束关系。
这种关系仅与电路的结构有关．而与构成回路的各元件的性质无关。
不论这些元件是线性的或非线性的，含源的或无源的，时变的或时不变的。
参考方向：KCL和KVI表达式中的电流和电压都是代数量。
它们除具有大小之外，还有其方向，其方向是以它量值的正、负表示的。
为研究问题方便，人们通常在电路中假定一个方向为参考．称为参考方向。
当电路中的电流(或电压)的实际方向与参考方向相同时取正值，其实际方向与参考方向相反时取负值。
例如，测量某节点各支路电流时，可以设流入该节点的电流方向为参考方向(反之亦可)。
将电流表负极接到该节点上，而将电流表的正极分别串入各条支路，当电流为正值，表示电流方向与参考方向相同；当电流为负值，表示电流方向与参考方向相反。
测量某闭合电路各电压时，也应假定某一绕行方向为参考方向。
按绕行方向测量各电压时，若电压为正值，表示电压方向与参考方向相同；当电压为负值，表示电压方向与参考方向相反。
三实验内容和步骤1．验证基尔霍夫电流定律(KCL)。
本实验在九孔实验方板上进行．按图2-1接好线路，图中x1、x2、x3，X4、x5、x6为节点B的三条支路电流测量接口(三条支路自己定义)。
在实验过程中．先将此六个节点用短接桥连接，在测量某个支路电流时，将电流表接在该支路接口上，然后拔掉此支路接口上的短接桥即可测量此处的电流。
验证KCL 定律时，可假定流入该节点的电流为正(反之也可)，并将表笔负极接在节点接口上，表笔正极接到支路接口上。
将测量的结果填入表2-l中。
图2-1 实验电路图表2-1 验证基尔霍夫电流定律计算值测量值绝对误差I1(mA)2 验证基尔霍夫回路电压定律(KVL)。
-实验电路与图2-1相同，用短接桥将三个电流接口短接。
取两个验证同路：回路1为ABEFA，同路2为BCDEB。
用电压表依次测取ABEFA同路中各支路电压UAB、UBE、UEF和UFA：BCDEB回路中各支路电压UBC、UCD、UDE、UEB，。
将测量结果填入表2-2中。
测量时可选顺时针方向为绕行方向，并注意被测电压的极性。
表2-2验证基尔霍夫电压定律单位：v四．实验设备名称数量型号1 直流可调电压0~30V扳 1 MCl0462 4-15V及恒流源200mA扳 1 MC10343 电阻 5 430Ω×1，620Ω×1，680Ω×14 交直流电压电流表 1 MC1108或MC1102j 标准型导线若干6 标准型短接桥若干7 九孔实验方扳 1块 200mm×300mm五．分析与讨论1．利用表2-1和表2-2中的测量结果验证基尔霍夫两个定律。
2．利用电路中所给数据，计算各支路电压和电流，并计算删量值与计算值之问的误差，分析误差产生的原因。
3．回答下列问题1) 已知某支路电流约为3mA，现有一电流表分别有20mA,200mA和2A三挡量程．你将使用电流表的哪档量程进行测量？为什么？2)改变电流或电压的参考方向，对验证基尔霍犬定律有影响吗?为什么?3．戴维南定理和诺顿定理实验一实验目的l 通过实验验证戴维南定理和诺顿定理．加深对等效电路概念的理解2 学习用补偿法测量开路电压。
二实验原理1．对任何一个线性含源一端口网络(如图3-1(a))，根据戴维南定理，可以用图3-1(b)所示电路代替；根据诺顿定理，可以用图3-1(c)所示电路代替。
其等效条件是：UOC是含源一端口网络C、D两端的开路电压；ISC是含源一端口网络C、D两端短路后的短路电流；电阻R是把含源一端口网络化成无源网络后的入端电阻。
(a)含源一端口网络 (b)用戴维南定理等效替代 (c)用诺顿定理等效替代图3-l 等效电源定理用等效电路替代一端口含源网络的等效性，在于保持外电路中的电流和电压不变，即替代前后两者引出端钮间的电压相等时，流出(或流入)引出端钮的电流也必须相等(伏安特性相同)。
2．含源一端口网络开路电压的测量方法。
(1)直接测量法：当含源一端口网络的入端等效电阻Ri与电压表内阻Rv相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测量其开路电压Uoc。
(2)补偿法当一端口网络的入端电阻Ri与电压表内阻Rv相比不可忽略时，用电压表直接测量开路电压，就会影响被测电路的原工作状态，使所测电压与实际值间有较大的误著。
补偿法可以排除电压表内阻对测量所造成的影响。
图3-2是用补偿法测量电压的电路，测量步骤如下：1)用电压表初测一端口网络的开路电压，井调整补偿电路中分压器的电压，使它近似等丁初测的开路电压，2)将C、D与C’、D’对应相接．再细调补偿电路中分压器的输出电压．使检流计G的指示为零。
因为G中无电流通过，这时电压表指示的电压等于被测电压．并且补偿电路的接入没有影响被删电路的工作状态。
图3-2 补偿法测一端口网络的开路电压3．一端口网络入端等效电阻Ri的实验求法：入端等效电阻Ri，可根据一端口网络除源(电压源短路、电流源开路，保留内阻)后的无源网络通过计算求得．也可通过实验的办法求出。