电路元件伏安特性的测绘实验说明
2021-10-27 09:48电路元件伏安特性的测绘实验目的：
1、学会识别常用电路元件的方法。
2、掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘。
3、掌握实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。
二、电路元件伏安特性的测绘实验原理说明：
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)来表示，即用I-U 平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该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，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。 如图3-1中a所示
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”的阻值可相差几倍至十几倍，
所以它的伏安特性如图3-1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骤上升，而反向电压从零一直增加到十多至几十伏时，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，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3-1中d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，以后它的端电压将基本维持恒定，当外加的反向电压继续升高时其端电压仅有少量增加。
注意：流过二极管或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。
三、实验设备：
四、实验内容：
1. 测定线性电阻器的伏安特性
按图3-2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UR、I。
图 3-2 图 3-3
2. 测定非线性白炽灯泡的伏安特性
将图3-2中的R换成一只12V，0.1A的灯泡，重复步骤1。UL为灯泡的端电压。
3. 测定半导体二极管的伏安特性
按图3-3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35mA，二极管D的正向施压UD+可在0～0.75V之间取值。在0.5～0.75V之间应多取几个测量点。测反向特性时，只需将图3-3 中的二极管D反接，且其反向施压UD－可达30V。
正向特性实验数据
反向特性实验数据
4. 测定稳压二极管的伏安特性
（1）正向特性实验：将图3-3中的二极管换成稳压二极管2CP15，重复实验内容3中的正向测量。UZ+为2CP15的正向施压。
（2）反向特性实验：将图3-3中的R换成510Ω，2CP15反接，测量2CP15的反向特性。稳压电源的输出电压UO从0～20V，测量2CP15二端的电压UZ－及电流I，由UZ－可看出其稳压特性。
五、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35mA。
2. 如果要测定2AP9的伏安特性，则正向特性的电压值应取0，0.10，0.13，0.15，0.17，0.19，0.21，0.24，0.30（V），反向特性的电压值取0，2，4，……，10(V)。
3. 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， 勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。
六、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. 稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？
4. 在图3-3中，设U=2V，UD+=0.7V，则mA表读数为多少？
七、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、归纳被测各元件的特性。
3. 必要的误差分析。
4. 心得体会及其他。
1、学会识别常用电路元件的方法。
2、掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘。
3、掌握实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。
二、电路元件伏安特性的测绘实验原理说明：
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)来表示，即用I-U 平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该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，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。 如图3-1中a所示
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”的阻值可相差几倍至十几倍，
所以它的伏安特性如图3-1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骤上升，而反向电压从零一直增加到十多至几十伏时，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，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3-1中d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，以后它的端电压将基本维持恒定，当外加的反向电压继续升高时其端电压仅有少量增加。
注意：流过二极管或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。
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 | 0~30V | 1 | |
| 2 | 万 用 表 | FM-47或其他 | 1 | 自备 |
| 3 | 直流数字毫安表 | 0~200mA | 1 | 实验屏上 |
| 4 | 直流数字电压表 | 0~200V | 1 | 实验屏上 |
| 5 | 二 极 管 | IN4007 | 1 | SYDG05 |
| 6 | 稳 压 管 | 2CP15 | 1 | SYDG05 |
| 7 | 白 炽 灯 | 12V，0.1A | 1 | SYDG05 |
| 8 | 线性电阻器 | 200Ω，510Ω/2W | 1 | SYDG05 |
1. 测定线性电阻器的伏安特性
按图3-2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UR、I。
图 3-2 图 3-3
| UR（V） | 0 2 4 6 8 10 |
| I（mA） |
将图3-2中的R换成一只12V，0.1A的灯泡，重复步骤1。UL为灯泡的端电压。
| UL（V） | 0.1 | 0.5 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| I（mA） |
按图3-3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35mA，二极管D的正向施压UD+可在0～0.75V之间取值。在0.5～0.75V之间应多取几个测量点。测反向特性时，只需将图3-3 中的二极管D反接，且其反向施压UD－可达30V。
正向特性实验数据
| UD+ (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
| UD－(V) | 0 | -5 | -10 | -15 | -20 | -25 | -30 |
| I（mA） |
（1）正向特性实验：将图3-3中的二极管换成稳压二极管2CP15，重复实验内容3中的正向测量。UZ+为2CP15的正向施压。
| UZ+（V） | |
| I（mA） |
| UO(V) | |
| UZ－（V） | |
| I（mA） |
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35mA。
2. 如果要测定2AP9的伏安特性，则正向特性的电压值应取0，0.10，0.13，0.15，0.17，0.19，0.21，0.24，0.30（V），反向特性的电压值取0，2，4，……，10(V)。
3. 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， 勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。
六、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. 稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？
4. 在图3-3中，设U=2V，UD+=0.7V，则mA表读数为多少？
七、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、归纳被测各元件的特性。
3. 必要的误差分析。
4. 心得体会及其他。
