元件的伏安特性 1.1实验目的 (1)掌握线性的电阻元件、非线性电阻元件(以半导体二极管为实例)伏安特 性的测试方法。 (2)研究实际独立电源的外特性 (3)学习电压表、电流表以及稳压源的使用方法。 12原理与说明 121元件的伏安特性 电阻元件和独立电源的伏安特性可用电压表、电流表来测定。二端元件的特 性,可用元件两端的电压和通过元件的电流之间的关系来表示。这种关系称为元 件的伏安特性。 122伏安特性曲线 在关联参考方向下,电阻两端的电压u流过其的电流i有μ=R的关系,电阻 上的电压和电流是同时存在的;电阻元件任何瞬间的电压与同一瞬间的电流是同 时存在的。与其过去流过的电流有关,因此,电阻元件又成为“无记忆”元件 如果把电阻元件的电压和电流分别作为直角坐标轴画出电压μ与电流i关系曲 线,这条曲线称为该元件的伏安曲线。由于线形电阻的电阻值R不随电压和电 流改变,因而线形电阻的伏安特性是一条通过原点的直线。如图1.1所示。反之 因为非线性电阻的电阻值R与其电压、电流的大小有关,因此其伏安特性曲线 将不同于线形电阻的伏安特性曲线。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12所示 图1.1 图 123电压源
1 元件的伏安特性 1.1 实验目的 （1）掌握线性的电阻元件、非线性电阻元件（以半导体二极管为实例）伏安特 性的测试方法。 （2）研究实际独立电源的外特性。 （3）学习电压表、电流表以及稳压源的使用方法。 1.2 原理与说明 1.2.1 元件的伏安特性 电阻元件和独立电源的伏安特性可用电压表、电流表来测定。二端元件的特 性，可用元件两端的电压和通过元件的电流之间的关系来表示。这种关系称为元 件的伏安特性。 1.2.2 伏安特性曲线 在关联参考方向下，电阻两端的电压 u 流过其的电流 i 有μ=iR 的关系，电阻 上的电压和电流是同时存在的；电阻元件任何瞬间的电压与同一瞬间的电流是同 时存在的。与其过去流过的电流有关，因此，电阻元件又成为“无记忆”元件。 如果把电阻元件的电压和电流分别作为直角坐标轴画出电压μ与电流 i 关系曲 线，这条曲线称为该元件的伏安曲线。由于线形电阻的电阻值 R 不随电压和电 流改变，因而线形电阻的伏安特性是一条通过原点的直线。如图 1.1 所示。反之， 因为非线性电阻的电阻值 R 与其电压、电流的大小有关，因此其伏安特性曲线 将不同于线形电阻的伏安特性曲线。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 1.2 所示。 图 1.1 图 1.2 1.2.3 电压源
如果一个电压源的电压为恒定值则称为理想电压源。理想电压源具有如下特 性:其端电压与流过其的电流大小无关,即内阻为零;流过电压源的电流由与电 压源连接的外电路决定。实际上的电压源的内阻一般都是存在的,如图13(a) 所示。因此实际电压源的电压、电流有下列关系:u=u-iRs其中i流过电压源 的电流,u是电压源电压,Rs为电压源的内阻。其伏安特性如图1.3(b)所示。 amis k I (a)电压源电路 (b)电压源外特性曲线 图1.3 理想电流源的特点是:(1)流过电流源的电流的函数I(t)是固定的,不会因它 所连接的外电路的不同而改变,即它的的内阻为无穷大。(2)电流源的端电压由 它所连接的外电路说决定。实际电流源可以由一个理想电流源与一个电导来表 示。如图14所示 图14实际电流源等效电路 1.3预习要求 (1)复习教材中的相关部分。 (2)阅读实验讲义,了解实验原理和内容步骤。 14实验内容与步骤 141电阻元件的伏安特性测定 2
2 如果一个电压源的电压为恒定值则称为理想电压源。理想电压源具有如下特 性：其端电压与流过其的电流大小无关，即内阻为零；流过电压源的电流由与电 压源连接的外电路决定。实际上的电压源的内阻一般都是存在的，如图 1.3（a） 所示。因此实际电压源的电压、电流有下列关系：u=us—iRs.其中 i 流过电压源 的电流，us 是电压源电压，Rs 为电压源的内阻。其伏安特性如图 1.3（b）所示。 (a)电压源电路 (b)电压源外特性曲线 图 1.3 理想电流源的特点是：（1）流过电流源的电流的函数 I(t)是固定的，不会因它 所连接的外电路的不同而改变，即它的的内阻为无穷大。（2）电流源的端电压由 它所连接的外电路说决定。实际电流源可以由一个理想电流源与一个电导来表 示。如图 1.4 所示。 图 1.4 实际电流源等效电路 1.3 预习要求 （1）复习教材中的相关部分。 （2）阅读实验讲义，了解实验原理和内容步骤。 1.4 实验内容与步骤 1.4.1 电阻元件的伏安特性测定
自行设计一个测试电路如图1.5所示,确认无误后,打开稳压电源开关,然后 依次调节稳压电源输出值,分别读出电压表和电流表值,填入表1.1,然后画出 其伏安特性曲线 稳压 电 图1.5测试电路 表1.1 U (V) I(mA) 142半导体二极管的伏安特性 选择一实验用的二极管,根据二极管的型号确定其参数。最大平均整流电流, 最高反向工作电压等 图16(a)测试的是二极管的正向特性。确定接线无误后,接通稳压电源 将输出电压调到2V,然后调节电阻R,来改变二极管的两端电压以及流过的 电流值。使电压值分别为表1.2所列数值,并将所得的电流值记入表中。为了突 出曲线弯曲部分,可以在特性曲线弯曲部分多取几个点。 2V 压 图1.6(a)二极管的正向特性测试电路图1.6(b)二极管的反向特性测试电路
3 自行设计一个测试电路如图 1.5 所示，确认无误后，打开稳压电源开关，然后 依次调节稳压电源输出值，分别读出电压表和电流表值，填入表 1.1，然后画出 其伏安特性曲线。 图 1.5 测试电路 表 1.1 U（V） 2 3 4 5 6 7 I（mA） 1.4.2 半导体二极管的伏安特性 选择一实验用的二极管，根据二极管的型号确定其参数。最大平均整流电流， 最高反向工作电压等。 图 1.6（a）测试的是二极管的正向特性。确定接线无误后，接通稳压电源。 将输出电压调到 2 V，然后调节电阻 R，来改变二极管的两端电压以及流过的 电流值。使电压值分别为表 1.2 所列数值，并将所得的电流值记入表中。为了突 出曲线弯曲部分，可以在特性曲线弯曲部分多取几个点。 图 1.6（a）二极管的正向特性测试电路 图 1.6（b）二极管的反向特性测试电路
表12 U(V)030.350400450.500.55 图1.6(b)测试的是二极管的反向特性。由于流过的反向电流很小,所以选 用微安表 按照图1.6(b)接好二极管的正向特性测试电路,确定接线无误后,接通稳压电 源。然后调节电阻R,使电压值分别为表1.3所列数值,并将所得的电流值记入 表1.3中。 表1.3 U (V) 10 20 143实际电压源伏安特性的测定 在通用实验台上选取一个电阻作为稳压电源的内阻,与稳压电源串联组成 个实际的电压源模型。测定电压源的伏安特性电路如图1.7所示。其中Rs=519 作为实际电压源的内阻。确定无误后,接通稳压电源,调节稳压电源输出电压 12V,负载R为可变电阻。调节可变电阻器,使电流值分别为表14所列数值, 并将所得的电压值记入表14中。 源 图17实际电压源伏安特性的测定电路 表14 I(mA)0 20 50 J(V) 12 15注意事项 (1)指针式直流表使用时注意极性 (2)在测试半导体二极管的伏安特性时,不允许超过它的电流和电压的额定值。 16报告要求 按任务1-3要求列出测量结果,并得出相应的结论
4 表 1.2 U（V） 0.3 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 I（mA） 图 1.6（b）测试的是二极管的反向特性。由于流过的反向电流很小，所以选 用微安表。 按照图 1.6（b）接好二极管的正向特性测试电路，确定接线无误后，接通稳压电 源。然后调节电阻 R，使电压值分别为表 1.3 所列数值，并将所得的电流值记入 表 1.3 中。 表 1.3 U（V） 5 10 15 20 25 30 I（μA） 1.4.3 实际电压源伏安特性的测定 在通用实验台上选取一个电阻作为稳压电源的内阻，与稳压电源串联组成一 个实际的电压源模型。测定电压源的伏安特性电路如图 1.7 所示。其中 Rs=51Ω 作为实际电压源的内阻。确定无误后，接通稳压电源，调节稳压电源输出电压 12V，负载 R 为可变电阻。调节可变电阻器，使电流值分别为表 1.4 所列数值， 并将所得的电压值记入表 1.4 中。 图 1.7 实际电压源伏安特性的测定电路 表 1.4 I（mA） 0 10 20 30 40 50 U（V） 12 1.5 注意事项 （1）指针式直流表使用时注意极性。 （2）在测试半导体二极管的伏安特性时，不允许超过它的电流和电压的额定值。 1.6 报告要求 按任务 1-3 要求列出测量结果，并得出相应的结论