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电路分析实验箱--电路元件伏安特性的测量实验

一、实验目的
1.学会识别常用电路和元件的方法。
2.掌握线性电阻、非线性电阻元件及电压源和电流源的伏安特性的测试方法。
3.学会常用直流电工仪表和设备的使用方法。
二、实验原理
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)表示，即I-U平面上的一条曲线来表征，即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曲线所示，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”的阻值相差几倍至几十倍，所以它的伏安特性曲线如图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，其伏安特性曲线如图1-1中c曲线所示。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剧上升，而反向电压从零一直增加到几十伏时，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曲线所示。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，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。注意：流过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。

图 1-1 各种电路元件的伏安特性曲线

三、实验设备

序号	名称	型号与规格	数量	备注
1	可调直流稳压电源	0～12V	1
2	万用表		1
3	直流数字毫安表		1
4	直流数字电压表		1
5	可调电位器或滑线变阻器		1
6	二极管	2CP15（或IN4007）	1
7	稳压管	2CW51	1
8	白炽灯	6.3V	1
9	线性电阻	1KΩ/1W	1

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，记下相应的电压表和电流表的读数U_R、I。

图1-2

U_R(V)	0	3	4	5	7	8	10
I(mA)

※2.测定非线性白炽灯泡的伏安特性
将图1-2中的RL换成一只6.3V的汽车灯泡，重复1的步骤。

U_R(V)	0	3	4	5	7	8	10
I(mA)

3.测定半导体二极管的伏安特性
按图1-3接线，R为限流电阻器。测二极管的正向特性时，其正向电流不得超过5mA，二极管D的正向施压UD+可在0～0.75V之间取值，特别是在0.5～0.75V之间更应多取几个测量点。做反向特性实验时，只需将图1-3中的二极管D反接，且其反向施压UD－可加到30V。

图1-3

正向特性实验数据

U_D+(V)	0.10	0.30	0.50	0.55	0.60	0.65	0.70	0.75
I (mA)

反向特性实验数据

U_D－(V)	-3	－5	－10	－20	－30	－35	－40
I (mA)

※4.测定稳压二极管的伏安特性
只要将图1-3中的二极管换成稳压二极管，重复实验内容3的测量。测量点自定。
正向特性实验数据

U_D+(V)
I (mA)

反向特性实验数据

U_D－(V)
I (mA)

5、测定电压源伏安特性

图1-4

按图1-4连接电路图，调节U为5V，改变R_L的值，测量U和I的值。记入下表中：

R_L（Ω）	100	200	300	500	600	700	800
I(mA)
U(V)

6、测定电流源伏安特性

图1-5

按图1-5接好电路图，调节R_L的值，测出各种不同RL值时的I和U，记入表中：

R_L（Ω）	100	200	300	500	600	700	800
I(mA)
U(V)

六、实验注意事项
1.测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加，应时刻注意电流表读数不得超过15mA。
2.进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，切勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。
七、思考题
1.线性电阻与非线性电阻的概念是什么？电阻器与二极管的伏安特性有何区别？
2.设某器件伏安特性曲线的函数式为I = f(U)，试问在逐点绘制曲线时，其坐标变量应如何放置？
3.在图1-3中，设U=3V，U_D+ = 0.7V，则毫安表（mA）表读数为多少？
4.稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？
八、实验报告
1.根据各实验数据，分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。（其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）。
2.根据实验结果，总结、归纳各被测元件的特性。
3.必要的误差分析。

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