电路元件特性曲线的伏安测量法实验报告.doc

学生序号6
实验报告

课程名称： 电路与模拟电子技术实验 指导老师： 张冶沁 成绩：__________________
实验名称： 电路元件特性曲线的伏安测量法 实验类型： 电路实验 同组学生姓名：__________
一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得

一、实验目的和要求
1.熟悉电路元件的特性曲线；
2.学习非线性电阻元件特性曲线的伏安测量方法；
3掌握伏安测量法中测量样点的选择和绘制曲线的方法；
4.学习非线性电阻元件特性曲线的示波器观测方法。

二、实验内容和原理
1、电阻元件、电容元件、电感元件的特性曲线
在电路原理中，元件特性曲线是指特定平面上定义的一条曲线。例如，白炽灯泡在工作时，灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的改变而改变，并且具有一定的惯性；又因为温度的改变与流过灯泡的电流有关，所以它的伏安特性为一条曲线。电流越大、温度越高，对应的灯丝电阻也越大。一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”可相差几倍至十几倍。该曲线的函数关系式称为电阻元件的伏安特性，电阻元件的特性曲线就是在平面上的一条曲线。当曲线变为直线时，与其相对应的元件即为线性电阻器，直线的斜率为该电阻器的电阻值。电容和电感的特性曲线分别为库伏特性和韦安特性，与电阻的伏安特性类似。
线性电阻元件的伏安特性符合欧姆定律，它在u-i 平面上是一条通过原点的直线。该特性曲线各点斜率与元件电压、电流的大小和方向无关，所以线性电阻元件是双向性元件。非线性电阻的伏安特性在u-i平面上是一条曲线。
普通晶体二极管的特点是正向电阻和反向电阻区别很大。正向压降很小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几伏至几十伏时，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，如果反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。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，但其反向特性则与普通二极管不同，在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当反向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，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。
上述两种二极管的伏安特性均具属于单调型。电压与电流之间是单调函数。二极管的特性参数主要有开启电压Vth，导通电压Von，反向电流IR，反向击穿电压VBR以及最大整流电流IF。
2、非线性电阻元件特性曲线的逐点伏安测量法
元件的伏安特性可以用直流电压表、电流表测定，称为逐点伏安测量法。伏安法原理简单，测量方便，但由于仪表内阻会影响测量的结果，因此必须注意仪表的合理接法。
采用伏安法测量二极管特性时，限流电阻以及直流稳压源的变化范围与特性曲线的测量范围是有关系的，要根据实验室设备的具体要求来确定。在综合考虑测量效率和获得良好曲线效果的前提下，测量点的选择十分关键，由于二极管的特性曲线在不同的电压的区间具有不同的性状，因此测量时需要合理采用调电压或调电阻的方式来有效控制测量样点。
3、元件特性曲线的示波器观测法
正弦波信号发生器提供的输出电压，R是被测电阻元件，r为电流取样电阻。示波器置于X—Y 工作方式，将电阻元件两端的电压接入示波器Y 轴输入端，取样电阻r 两端的电压接入X 轴输入端，适当调节Y 轴和X 轴的幅值，荧光屏上就能显示出电阻R 的伏安特性曲线。通过双踪示波器的X—Y模式则可测得电感和电容的特性曲线。

三、主要仪器设备
1.数字万用表
2.电工综合实验台
3.DG07多功能网络实验组件
4.信号源
5.示波器

四、操作方法和实验步骤
测定晶体二极管和稳压二极管的伏安特性：

选择稳压电源或者恒流源均可，本次实验使用了稳压源，并如图接线。根据上次实验了解到的仪表技术参数，本次实验中直流电压表内阻约为5MΩ，而直流电流表内阻在1Ω至10Ω，被测量的元件电阻变化范围较大，但在测量点较密集的区域中电阻与电流表更接近，为尽量减小仪表内阻带来的影响，选用了电压表内接法，如图：

缓慢调节稳压源电压大小并记录二极管的电流和电压，在导通区段附近记录适当密集的点，当需要测量反向电压时，只需调转二极管接入电路的方向即可。如此分别测量晶体二极管和稳压二极管的伏安特性并绘制曲线。

用示波器观测二极管、稳压管的伏安特性曲线：

如图接线，适当调整示波器，观察两种二极管的伏安特性曲线并拍摄显示器画面。

五、实验数据记录和处理
普通二极管伏安数据 先万用表测得0.514V导通电压
电压/V
电流/mA
电压/V
电流/mA
电压/V
电流/mA
电压/V
电流/mA
0
0
0.55
2.3
0.63
14.0
0.71
77
0.10
0
0.56
3.1
0.64
17.3
0.72
95.4
0.36
0
0.57
3.8
0.65
20.8
-5.0
-0.001
0.46
0.2
0.58
4.7
0.66
25.2
-10.0
-0.002
0.51
0.8
0.59
5.7
0.67
34.6
-15.0
-0.002
0.52
1.1
0.60
7.4
0.68
42.2
-20.0
-0.003
0.53
1.4
0.61
9.0
0.69
48.5
-25.0
-0.005
0.54
1.8
0.62
10.6
0.70
63.4
-30.0
-0.005

稳压二极管伏安数据 万用表测得0.692V导通电压
电压/V
电流/mA
电压/V
电流/mA
电压/V
电流/mA
电压/V
电流/mA
0
0
0.73
4.5
0.83
49.1
-4.7
-3.46
0.10
0
0.74
6.9
0.84
55.6
-4.8
-5.55
0.40
0
0.75
9.9
0.85
62.9
-4.9
-9.50
0.60
0
0.76
12.6
0.86
70.4
-5.0
-17.15
0.65
0.2
0.77
15.6
0.87
77.8
-5.1
-34.6
0.68
0.7
0.78
20.1
0.88
84.7
-5.2
-61.9
0.69
1.2
0.79
25.4
0.89
92.8
-5.3
-93.3
0.70
1.6
0.80
30.7
-3.00
-0.02

0.71
2.5
0.81
35.7
-4.00
-0.36

0.72
3.4
0.82
42.0
-4.50
-1.67

示波器显示下的二极管伏安特性曲线：

示波器显示下的稳压管伏安特性曲线：

六、实验结果与分析
由普通二极管数据作图如下，正负电压分别作图

由图中曲线观察得，普通二极管的导通电压约在0.51V附近，符合之前万用表测得的值，且在导通之后电流迅速增加；当加上反向电压时，电流基本维持在0附近，加压到-30V也并未能被导通。

由稳压二极管数据作图如下，正负电压分别作图

由图中曲线观察得，稳压二极管的导通电压约在0.68V附近，符合之前万用表测得的值，且在导通之后电流迅速增加；当加上反向电压时，电压到-4.5V附近进入稳压状态，电流突然增加，端电压维持稳定。
用multisim进行仿真：

七、讨论、心得
本次测定实验中有许多值得注意的细节，比如一开始限流电阻阻值的选定，电压表和电流表的内外接关系，都需要事先对被测二极管参数有基本的了解，才能合理选择，减小系统误差。而测定过程中，为了更好地刻画伏安特性曲线，在某些位置要取密集的采样点，其他小斜率的区段为了保证效率往往只测几个稀疏的点，尤其要注意二极管的功率不能超过额定功率，时刻要控制电压和电流在安全范围内。
总而言之，通过本次试验，我熟悉了二极管的伏安特性，更好地理解了理论课程中二极管的工作原理和应用方式，还学到了示波器的观测方法和仿真技术。