实验一 线性与非线性元件伏安特性的测绘.doc

实验一 线性与非线性元件伏安特性的测绘

一．实验目的
1．掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法。
2．学习恒电源、直流电压表、电流表的使用方法。

二．原理说明
任一二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U＝f(I)来表示，即用U－I平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该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中（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是一条经过坐标原点的曲线，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，它们的伏安特性如图5－1中（b）、（c）、（d）。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。
绘制伏安特性曲线通常采用逐点测试法，即在不同的端电压作用下，测量出相应的电流，然后逐点绘制出伏安特性曲线，根据伏安特性曲线便可计算其电阻值。

三．实验设备
1．直流电压、电流表；
2．电压源（双路0～30V可调）；
3．MEEL－04组件、MEEL－05组件。

四．实验内容
1．测定线性电阻的伏安特性
按图1－2接线，图中的电源U选用恒压源的可调稳压输出端，通过直流数字毫安表与1kΩ线性电阻相连，电阻两端的电压用直流数字电压表测量。
调节恒压源可调稳压电源的输出电压U，从0伏开始缓慢地增加（不能超过10V），在表1－1中记下相应的电压表和电流表的读数。
表1－1 线性电阻伏安特性数据
U(V)
0
2
4
6
8
10
I(mA)

2．测定6.3V白炽灯泡的伏安特性
将图1-2中的1kΩ线性电阻换成一只6.3V的灯泡，重复1的步骤，电压不能超过6.3V，在表1－2中记下相应的电压表和电流表的读数。
表1－2 6.3V白炽灯泡伏安特性数据
U (V)
0
1
2
3
4
5
6.3
I (mA)

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（十进制可变电阻箱），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25mA，二极管ＶＤ的正向压降可在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，将可调稳压电源的输出端正、负连线互换，调节可调稳压输出电压U，从0伏开始缓慢地减少（不能超过-30V）， 将数据分别记入表1－3和表1－4中。
表1－3 二极管正向特性实验数据
U (V)
0
0.2
0.4
0.45
0.5
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
I (mA)

表1－4 二极管反向特性实验数据
U (V)
0
－5
－10
－15
－20
－25
－30
I (mA)

4．测定稳压管的伏安特性
将图1—3中的二极管1N4007换成稳压管2CW51，重复实验内容3的测量，其正、反向电流不得超过±20mA，将数据分别记入表1－５和表1－６中。
表1－５ 稳压管正向特性实验数据
U (V)
0
0.2
0.4
0.45
0.5
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
I (mA)

表1－６ 稳压管反向特性实验数据
U (V)
0
－1
－1.5
－2.
－2.5
－2.8
－3
－3.2
－3.5
－3.55
I (mA)

五．实验注意事项
1．测量时，可调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．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。

六．预习与思考题
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？
2．如何计算线性电阻与非线性电阻的电阻值？
3．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？
4．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。

七．实验报告要求
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。
2．根据伏安特性曲线，计算线性电阻的电阻值，并与实际电阻值比较。
3．根据伏安特性曲线，计算白炽灯在额定电压（6.3V）时的电阻值，当电压降低20％时，阻值为多少？
4．回答思考题。