大物实验期末考试总结

非线性元件伏安特性的研究1.

一．实验目的

1．掌握用伏安法研究二极管正向伏安特性及钨丝灯伏安特性的方法；

2．掌握用最小二乘法（回归法）处理实验数据，得到经验公式的方法。

二．实验仪器

DH6102型伏安特性实验仪

三、实验原理

1．半导体二极管的伏安特性

半导体二极管由一个p-n结，加上接触电极、引线和封装管壳组成。常见的二极管有硅二极管和锗二极管。加到二极管两端的电压与流过其上面的电流的关系曲线，就叫二极管的伏安特性曲线，如图1所示。由于p-n结具有单向导电性，故二极管的正反向伏安特性相差很大，二极管的伏安特性可分三部分：

①正向特性。当所加的正向电压很小时，正向电流也很小，只有当正向电压加到某个数值时，电流才开始明显加大，这个外

加电压值叫做二极管的阈值电压或开通电压，记作。通常硅二极管的阈值电压=0.5V~0.6V ，锗二极管=0.2V~0.3V 。阈值电压的确定，一般是在正向特性曲线较直部分画一切线，延长相交于横坐标上一点，该点在横轴上的值就是该二极管的阈值电压。反向特性。当二极管两端加反向电压时，反向电流很小且在一定范围内不随反向电压的增加而增加。②反向击穿特性。当反向电压继续增加时，反向电流会突然增大，这种现象称作反向击穿，产生击穿的临界电压称为反向击③穿电压。不同的二极管，反向击穿电压也不同。一般情况下，二极管反向电压不得超过反向击穿电压，否则会烧坏管子。）钨丝灯的伏安特性（2当钨丝灯泡两端施加电压后，钨丝上有电流流过，产生功耗，灯丝温度上升，致使灯泡电阻增加。因此，通过钨丝灯的电流中曲线所示。灯泡不加电压时，称为冷态电阻。施加额定电压测得的电越大，其温度越高，阻值也越大，其伏安特性如图2阻称为热态电阻。由于正温度系数的关系，冷态电阻小于热态电阻，一般钨丝灯的冷态电阻与热态电阻的阻值可相差几倍至十几倍。而且由于钨丝灯点亮时温度很高，超过额定电压时会烧断，所以使用时不能超过额定电压。2．用伏安法测量非线性电阻元件的伏安特性实验采用的是内阻很高数字电压表及内阻很小的电流表，对非线性电阻元件伏安特性的研究，一般都是采用伏安法进行测量。而且测量的是低、中值电阻，所以选择电流表外接法的测量电路。所示。和4二极管及钨丝灯伏安特性的测量电路分别如图3 四、实验内容读一0.02V,～0.8V范围内每隔,1．二极管的正向伏安特性的测量:在0 V～0.6 V范围内每隔0.1V读一次电流表，在0.6 V 。次电流表，并将所读数据记入下表中（注意正确记录测量数据的有效数字）1V读一次电流表，直到钨丝灯的额定电压11V，并将所读数据记入下表中。．测量钨丝灯的伏安特性2:由0V开始，每隔注意事项二极管、钨丝灯)的规格，使加在它上面的电压和通过的电流均不超过额定值。1．须了解待测元件( 须了解测量时所需其它仪器的规格（如电源、电压表、电流表、滑线变阻器等的规格），也不得超过其量程或使用范围。2.

五．数据处理2.惠斯通电桥

一、实验目的

1、掌握惠斯登电桥的结构和测量原理。

2、学会使用电阻箱自组惠斯登电桥测中值电阻及电桥灵敏度的方法。

3、估算仪器误差，计算测量不确定度。

二、实验仪器：

直流稳压电源、AC5/2型直流指针式检流计（分度值；临界电阻360Ω；内阻44Ω）、ZX21型六旋钮电阻箱（旧式）两个（电阻范围0-99999.9Ω；等级：0.1级；额定功率0.5W）、ZX21型六旋钮电阻箱（新式）一个（电阻范围

0-99999.9Ω；等级分档9×（10000，1000，100，10，）mΩ、1，0.1）分别为0.1，0.1，0.5，1，2.5；残余误差47kΩ电位器一粒、滑线变阻器、待测电阻、电位器、换向开关、导线若干。

三、实验原理

惠斯登电桥的平衡条件1.

惠斯登直流电桥也称为单臂直流电桥，是一种直流平衡电桥，其原理电路如图1所示。由图1可见，Rx、R2、R3、

桥路没有电流流过，=0,当电桥平衡时，BD两点之间接入检流计形成一个通路，称为桥路。=0.R4构成了四个桥臂，此时有：）可写为：路的电流，那么式（1为电桥平衡时流过设I1ABC路的电流，I2为流过ADC ）的两式相处，得：把（2

即：

式（3）就是惠斯登电桥的平衡条件。式中R2/R3（或R4/R3）称为比率臂，R4（或R2）称为比较臂。调节惠斯登电桥平衡一般可根据待测电阻Rx的大小，选好比率臂再调节比较臂。

桥路上的电位器Rb，起到保护检流计的作用，当电桥不平衡时，流过BD间的电流可能较大，会烧坏检流计，此时Rb应调到最大值，以减小流过检流计的电流，当电桥基本平衡时，Rb要调到最小值，提高检流计的灵敏度，减小电桥的测量误差。所以惠斯登电桥的平衡一般要调两次，一次是Rb取大值时调平衡，称为粗调。第二次是在粗调后，Rb减至最小值再调平衡，称为细调。

2.测量中，采用换臂法消除不等臂误差

实验中自组电桥的比率臂（R2和R3）电阻并非标准电阻，存在较大的不等臂误差，为消除该系统误差，实验可采

按同样的方法再测得一个值，和R3位置互相交换，用交换测量法进行。先按原线路进行测量得到一个

R4值，然后将R2 两次测量，电桥平衡后分别有：

联立两式得：由式（3）可知：交换测量后得到的测量值与比率臂阻值无关，只与比较臂R4有关。

3.改变电源电压的方向，消除电桥中寄生电势的影响

在电桥电路的任一支路中，都可能寄生有热电势与接触电势，这些寄生电势与电桥电源在各支路产生的电势差相互作用使得电桥出现虚假的平衡，引起Rx的测量误差。由于寄生电势和它所引起的电流方向、大小往往是不变的，所以可采用改变电源电压的方向来消除。实验中通过换向开关来达到改变电源电压的方向，测出电源电压改变方向后二次的Rx值，取其算术平均值。

4.电桥灵敏度

当电桥平衡时，流过检流计的电流应为零。但实际上检流计的灵敏度总有一定的限度，当减小到我

（比如小于0.2格），我们就认为电桥平衡了，这样Rx的测量就会有误差。们感觉不到检流计的指针偏转时，

为了确定由于检流计灵敏度不够而带来的测量误差，我们引入电桥灵敏度的概念。

电桥灵敏度定义为：

相对电桥灵敏度S定义为：

式（4）表示电桥平衡后，Rx的相对改变量所引起电桥偏离平衡时检流计的偏转格数n。S越大，电桥越灵敏，带来的测量误差也越小。通常Rx是不能人为改变的，要想测量S，就要在电桥平衡后保持比率臂不变，而把比较臂电阻R4，变为

，因而有：

四、实验内容

1、利用自组惠斯登电桥测未知电阻Rx（Rx≈2kΩ）

（1）实验开始时先布局后接线。布局：电阻箱、检流计放在正前方，便于读书。滑动变阻器和开关放在两侧，便于操作。根据线路图按回路对点接线，电桥线路可大致分为三步联接：

（a）先连接电源电路，将电源与换向开关的两个接线柱联接；

（b）将四个桥臂联成一个回路；

（c）在一对角线的两点A、C（R2与R3的联接点和R4与Rx的联接点）之间接换向开关中间的两个接线柱和滑线变阻器；

（d）在另一个对角线的两点B、D（R2与Rx的联接点和R3与R4的联接点）之间接入检流计G和电位器Rb。

（2）在接线正确无误后，将电阻箱R2，R3调到500.0欧姆，先用万用表估计一下待测电阻的阻值，将R4调到待测电阻的估计值，然后再调节电桥平衡，在调节电桥平衡中应遵循先粗后细的原则。

（a）粗调时先将滑线变阻器阻值、Rb调至最大，调节电阻箱R4直到使检流计指针指零；

（b）细调时，在粗调的基础上，将滑线变阻器阻值、Rb调至最小，调节电阻箱R4时检流计再次指零，此时电桥达到平衡，的阻值，并测量数据填入数据表格。R4此时记下

）步骤。）（b（3）改变电流方向，重复（2）中的（a 的阻值，并将测量数据填入数据表格。）。记下R4R3对换位置，重复步骤（2）（3，（4）将电阻箱R2 、测量电桥灵敏度22R4保持比率臂不变，不改变电流方向的情况下，在电桥平衡的基础上，改变比率臂电阻，使得检流计指针分别左右偏转△R4，并将测量数据填入数据表格。格，记下此时的比较臂电阻R4，计算比较臂电阻R4的改变值3、不确定度计算提示类不确定度。下面介绍B类不确定度的计算与合成。在本实验中，我们主要考虑B 不确定度计算：（1）电阻箱的准确度等级引起的不确定度计算示例：电阻箱（新式，分档位标等级）电阻箱的极限误差为：为每个旋钮的残余误差，为电阻箱所使用的旋钮数；bRi为各档位的电阻示值；R0为残余误差；mai其中：为各档位等级；b=0.005Ω。a大于等于=0.1级时，；一般a小于等于0.05级时，b=0.002Ω将电阻的极限误差当做其不确定度，则其电阻不确定度为：R0=30mΩ，则其仪器误差为：例，假设一新式电阻箱示数为1997.8Ω，其电阻不确定度为：）电桥灵敏度引起的不确定度（2

=3.8div/Ω，当人眼判断检流计指针是否偏转的分辨极限△n取0.2div例测得电桥在平衡点附近的灵敏度为时，电桥灵敏度引起的不确定度就是其基本误差限。即：

）合成不确定度（3 、实验提示4 1（）注意保护检流计，不能使指针超过满偏；2）比率臂阻值选取必须考虑测量精度和电阻箱的额定功率。（五、数据处理3、等厚干涉测透镜曲率半径一、实验目的