六电阻元件的伏安特性

实验六 电阻元件的伏安特性

一、实验目的

1．学习常用电磁学仪器仪表的正确使用及简单电路的连接方法。 2．掌握用伏安法测量电阻及其误差分析的基本方法。 3．学习测量线性电阻和非线性电阻的伏安特性。

4．学习用作图法处理实验数据，并对所得伏安特性曲线进行分析。

二、实验仪器

电阻元件伏安特性测量实验仪集成了0~20V 可调直流稳压电源；直流数字电压表，量程为2V/20V 可调，内阻为1M Ω；直流数字毫安表，量程为200μA/2mA/20mA/200mA 可调，其相对应内阻分别为1K Ω、100Ω、10Ω、1Ω；待测240Ω/2W 金属膜电阻、待测稳压管（5.6V ）、待测小灯泡（12V/0.1A ）等。

三、实验原理

电阻是导体材料的重要特性，在电学实验中经常要对电阻进行测量。测量电阻的方法有多种，伏安法是常用的基本方法之一。所谓伏安法，就是运用欧姆定律，测出电阻两端的电压V 和其上通过的电流I ，根据

（1）

即可求得阻值R 。也可运用作图法，作出伏安特性曲线，从曲线上求得电阻的阻值。对有些电阻，其伏安特性曲线为直线，称为线性电阻，如常用的碳膜电阻、线绕电阻、金属膜电阻等。另外，有些元件，伏安特性曲线为曲线，称为非线性电阻元件，如灯泡、晶体二极管、稳压管、热敏电阻等。非线性电阻元件的阻值是不确定的，只有通过作图法才能反映它的特性。

用伏安法测电阻，原理简单，测量方便，但由于电表内阻接入的影响，给测量带来一定系统误差。

在电流表内接法中，如图（1）所示。由于电压表测出的电压值V 包括了电流表两端的电压，因此，测量值要大于被测电阻的实际值。由

（2）

可见，由于电流表内阻不可忽略，故给测量带来一定的误差。

图（1）

I

V

R =⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+=+=+==

x mA x mA x x mA

x x R R 1R R R I V V I V R

在电流表外接法中，如图（2）所示。由于电流表测出的电流 I 包括了流过电压表的电流，因此，测量值要小于被测电阻的实际

值。由 （3）

图（2）

可见，由于电压表内阻不是无穷大，故给测量带来一定的误差。

上述两种连接电路的方法，都给测量带来一定的系统误差，即测量方法误差。为此，必须对测量结果进行修正。其修正值为

R R R x x -=∆ （4）

其中R 为测量值，x R 为实际值。

为了减小上述误差，必须根据待测阻值的大小和电表内阻的不同，正确选择测量电路。当

mA x R R >>且V x R R <时，选择电流表内接法。 V x R R <<且mA x R R >时，选择电流表外接法。 mA x R R >>，V x R R <<时，两种接法均可。

经过以上选择，可以减小由于电表接入带来的系统 误差，但电表本身的仪器误差仍然存在，它取决于电表 的准确度等级和量程，其相对误差为

（5） 式中I ∆和V ∆为电流表和电压表允许的最大示值误差。 四、实验内容及步骤

1．测量金属膜电阻的伏安特性 （1）电流表内接法

根据图（1）连接好电路。金属膜电阻x R 为240Ω，每改变一次电压V 值，读出相应的电流I 值，填入下表中，作出伏安特性曲线，并从曲线上求得电阻值。

电压(V) 电流(mA)

（2）电流表外接法

根据图（2）连接好电路，重复实验步骤（1）。

（3）根据电表内阻的大小，分析上述两种测量方法中，哪种电路的系统误差小。

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+=

+=+==V x x V x V

x x x R R 1R R 1R 11I I V I V R x

x x x I I

V V R R ∆∆∆+=

2．测量稳压管的伏安特性

（1）稳压管的稳压特性

稳压管实质上就是一个面结型硅二极管，它具有陡峭的反向击穿特性，工作在反向击穿状态。在制造稳压管的工艺上，使它具有低压击穿特性。稳压

管电路中，串入限流电阻，使稳压管击穿后电流不超过允许的数值，因此击穿状态可以长期持续，并能很好地重复工作而不致损坏。

稳压管的特性曲线如图（3）所示，它的正向特性和一般硅二极管一样，但反向击穿特性较陡。由图可见，当反向电压增加到击穿电压以后，稳压管进入击穿状态在曲线的AB段，虽然反向电流在很大的范围内变化，但它两端的电压

V

x 变化很小，即

V基本恒定。利用稳压管的这一特性，可以达到稳压的目的。

x

图（3）稳压管特性曲线

（3）稳压管伏安特性测定的实验电路

实验电路如图（4）所示。E为0~12V可调直流稳压电源，R为限流电阻器。

（4）测量稳压管的正向特性

1）按图（4）连接电路，R阻值调到最大，可调稳压电源的输出为零。

2）增大输出电压，使电压表的读数逐渐增大，观察加在稳压管上电压随电流变化的现象，通过观察确定测量范围，即电压与电流的调节范围。

图（4）稳压管的正向特性测量图

3）测定稳压管的正向特性曲线，不应等间隔的取点，即电压的测量值不应等间隔地取，而是在电流变化缓慢区间，电压间隔取的疏一些，在电流变化迅速区间，电压间隔取得密一些。如测试的2CW14型稳压管，电压在0V~0.7V区间取3~5个点即可。

（5）测量稳压管的反向特性

1）将稳压管反接；

2）定性观察被测稳压管的反向特性，通过观察确定测量反向特性时电压的调节范围（即该型号稳压管的最大工作电流

max

x

I所对应的电压值）。

3）测量反向特性，同样在电流变化迅速区域，电压间隔应取得密一些。

3．测量小灯泡的伏安特性

给定一只12V/0.1A小灯泡，已知U

H =12伏，I

H

=100mA，起始电流为20mA，毫

安表内阻为1Ω，电压表内阻为1MΩ。要求：

1）自行设计测量伏安特性的线路。

2）测量小灯泡的伏安特性。

3）绘制小灯泡的伏安特性曲线。

4）判定小灯泡是线性元件还是非线性元件。

五、注意事项

1．使用电源时要防止短路，接通和断开电路前应使输出为零，先粗调然后再慢慢微调。

2．测量金属膜电阻的伏安特性时，所加电压不得使电阻超过额定输出功率。

3．测量稳压管伏安特性时，电路中电流值不应超过其最大稳定电流

max

x

I。