實驗 元件伏安特性的測繪
一. 實驗目的
1. 學會識別常用電路元件的方法。
2. 掌握線性電阻、非線性電阻元件伏安特性的逐點測試法。
3. 掌握實驗臺上直流電工儀表和設備的使用方法。
二. 原理說明
任何一個二端元件的特性可用該元件上的端電壓U與通過該元件的電流I之間的函數關系I=f (V)來表示,即用I-V平面上的一條曲線來表征,這條曲線稱為該元件的伏安特性曲線。
1. 線性電阻器的伏安特性曲線是一條通過坐標原點的直線,如圖1-1中a所示,該直線的斜率等于該電阻器的電阻值。
2. 一般的白熾燈在工作時燈絲處于高溫狀態時,其燈絲電阻隨著溫度的升高而增大,通過白熾燈的電流越大,其溫度越高,阻值也越大,一般燈泡的“冷電阻”與“熱電阻”的阻值可相差幾倍至十幾倍,所以它的伏安特性如圖1-1中b曲線所示。
3. 一般的半導體二極管是一個非線性電阻元件,其特性如圖1-1中c曲線。正向壓降很小(一般的鍺管約為0。2~0。3,硅管約為0。5~0。7V),正向電流隨正向壓降的升高而急驟上升,而反向電壓從零一直增加到十多至幾十伏時,其反向電流增加很小,粗略地可視為零。可見,二極管具有單向導電性,但反向電壓加得過高,超過管子的極限值,則會導致管子擊穿損壞。
4. 穩壓二極管是一種特殊的半導體二極管,其正向特性與普通二極管類似,但其反向特性較特別,如圖1-1中d曲線。在反向電壓開始增加時,其反向電流幾乎為零,但當電壓增加到某一數值時(稱為管子的穩壓值,有各種不同穩壓值的穩壓管)電流將突然增加,以后它的端電壓將維持恒定,不再隨外加的反向電壓升高而增大。
三. 實驗設備
序號 |
名 稱 |
型號與規格 |
數量 |
備注 |
1 |
可調直流穩壓電源 |
0~30V |
1 |
DG04 |
2 |
FM-30或其他 |
1 |
||
3 |
直流數字毫安表 |
1 |
D31 | |
4 |
直流數字電壓表 |
1 |
D31 | |
5 |
滑線變阻器 |
1 |
||
6 |
二極管 |
2CP15 |
1 |
DG10 |
7 |
穩壓管 |
2CW51 |
1 |
DG10 |
8 |
白熾燈 |
12V |
1 |
DG10 |
9 |
線性電阻器 |
RJ-1W-1KΩ |
1 |
DG09 |
四. 實驗內容
1. 測定線性電阻器的伏安特性
按圖1-2接線,調節穩壓電源的輸出電壓U,從0伏開始緩慢地增加到10伏,記下相應的電壓表和電流表讀數。
U(V) |
0 2 4 6 8 10 |
I (m A) |
2. 測定非線性白熾燈泡的伏安特性
將圖1-2中的 RL 換成一只12V的汽車燈泡,重復1的步驟
U(V) |
0 2 4 6 8 10 |
I (m A) |
3. 測定半導體二極管的伏安特性
按圖1-3接線,R為限流電阻器,測二極管的正向特性時,其正向電流不得超過25 m A,二極管D正向壓降可在0~0。75V之間取值。特別是在0。5~0。75之間更應該多取幾個測量點。作反向特性實驗時,只需將圖1-3中的二極管D反接,且其反向電壓可加到30V。
正向特性實驗數據
U(V) |
0 0.2 0.4 0.5 0.55 ……0.75 |
I (m A) |
反向特性實驗數據
U(V) |
0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 |
I (m A) |
4.測定穩壓二極管的伏安特性
只要將圖1-3中的二極管換成穩壓二極管,重復實驗內容3的測量。
正向特性實驗數據
U(V) |
|
I (m A) |
反向特性實驗數據
U(V) |
|
I (m A) |
五. 實驗注意事項
1. 測二極管正向特性時,穩壓電源輸出應由小到大逐漸增加,應時刻
注意電流表讀數不得超過25 m A,穩壓源輸出端切勿碰線短路。
2. 進行不同實驗時,應先估計算電壓和電流值,合理選擇儀表的量程,
勿使儀表超量程,儀表的極性亦不可接錯。
六. 思考題
1. 線性電阻與非線性電阻的概念是什么?電阻器與二極管的伏安特性
有何區別?
2. 設某器件伏安持性曲線的函數式為I=f (V),試問在逐點繪制曲線時,
其坐標變量應如何放置?
3. 穩壓二極管與普通二極管有何區別,其用途如何?
七. 實驗報告
1. 根據各實驗結果數據,分別在方格紙上繪制出光滑的伏安特性曲線。
(其中的二極管與穩壓管的正、反向特性均要求畫在同一張圖中,正、反向電壓可取為不同的比例尺)
2. 根據實驗結果,總結、歸納被測各元件的特性。
3. 必要的誤差分析心得體會及其他。
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