元件伏安特性的测定实验

实验十　　元件伏安特性的测定?
一、实验目的?
⒈　学习直读式仪表和晶体管稳压电源等设备的使用方法。?
⒉　掌握阻值、电压和电流的测量方法。?
⒊　掌握线性电阻元件、非线性电阻元件——二极管以及电压源的伏安特性的测试技能。?
⒋　加深对元件伏安特性的理解，验证欧姆定律。?
⒌　学会正确读数的方法。?
二、实验仪器和设备?
⒈　双路直流稳压电源　　                       一台?
⒉　数字万用表　　　　　                       一块?
⒊　晶体管万用表　　　　                       一块?
⒋　ZH－12电学实验台
5.  电位器、二极管                             各一只
6.  电阻                                         六只
⒈　万用表的使用方法?
万用表是测量电阻、电压、电流和音频电平等的仪表。
a?测电阻?
在测量电阻时，应在标有“Ω”的刻度上看读数(由于通过表头的电流与被
测电阻不是成正 比关系，所以表盘上的电阻标度尺是不均匀的。)被测电阻
的实际值等于标度尺上的读数乘 以旋钮所指的倍数。在测量前，应先将两
表笔短接，转动调零电位器，使指针在0Ω的位置 ，然后选择合适的挡位
以保证测量的准确。每换一个量限，都要重新调零。另外，电阻的测量，一
定要无源及无其它并联支路的情况下进行。?
电阻(或电流)测量完毕后，应将转换开关旋至高电压挡位，这是防止误用欧
姆表(或电流挡) 测电压的良好习惯。?
b?直流电压、电流的测量?
读数时应看“DC”或“V·mA”符号的刻度表，此时旋钮所指的数值即直
流 电压或电流的最大量限(量程)。测量前应先估计被测量值的大小，再将
转换开关转到适当量 限的档位上。按比例可读出测量值的大小。?
测电路上两点间电压时，红色测试笔应接高电位点，黑色测试笔应接低电位点。
测直流电流时，要把电流表串入支路中，所以必须先把被测支路断开。如果没有
断开支路就 把两支表笔搭到支路的两端点上去，实际上是用电流表去测电压
，电表即被烧毁。?
⒉　线性电阻与非线性电阻的伏安特性?
线性电阻的阻值是常数，通过电阻的电流与其两端的电压成正比。伏安特性
曲线是一条通过 原点的直线，如图10-1所示。

图10-1?线性电阻伏安特性曲线
图10-1所示的特性曲线表明了线性电阻的u、i的比值R是一个常数，其大
小与u和i的大小 及方向均无关系，这说明线性电阻对不同方向的电流或不同
极性的电压其性能是一样的，这 种性质称为双向导电性。
非线性电阻的阻值不是常数。如整流二极管、齐纳二极管、隧道二极管、辉
光二极管等都可 抽象为一个非线性电阻元件，它们的伏安特性曲线不是直线而
是曲线，分别如图10-2中的(a) 、(b)、(c)和(d)所示。

图10-2?　非线性电阻伏安特性曲线
⒊　理想电压源的伏安特性?
理想电压源的端电压是固定的函数，无论负载如何变化，端电压保持一定，
而与通过它的电流无关。它的伏安特性曲线是一条平行于电流坐标轴的直线一
(对直流电压源而言)，如图10-3所示。

图10-3?理想电压源伏安特性曲线
⒋　实际电压源的伏安特性?
实际电压源的模型可以看成是一个理想电压源与一个电阻的串联组合，它的
伏安特性曲线如 图10-4所示。

图10-4?实际电压源伏安特性曲线
 
四、实验内容及步骤
⒈　测阻值?
用万用表的电阻挡测量6只电阻的阻值记录于表10-1中，并将电阻的标称电
阻与测量值进 行比较，根据允许误差范围，判断各电阻的等级(误差在5%以下
为Ⅰ级品，5%～10%为Ⅱ级品 ，10%～20%为Ⅲ级品)。?
表10-1　　　　测量阻值表?

电阻	R1	R2	R3	R4	R5	R6
标称阻值
测量阻值
误　　差
等　　级

⒉　测量线性电阻的伏安特性?
取实验板(一)上R＝１ＫΩ的电阻作为被测元件，并按图10-5接好线路。

图10-5?测量电阻的电路
(注意在使用稳压电源时切勿将其输出端短路)?
经指导老师检查无误后，打开电源开关，依次调节直流稳压电源的输出电压
分别为表10-2中 所列数值，并将相对应的电流值记录在表10-2中。?
表10-2?测伏安特性表
 

U/V	0	2	4	6	8	10
I/mA

⒊ 测定半导体二极管的伏安特性?
①正向特性?
按图10-6(a)接好线路，经检查无误后，开启稳压电源，输出电压调至2V，调节
可变电阻器R ，使电压表读数分别为表10-3(a)中数值，并将相对应的电流表读
数记入表10-3(a)中，为了便 于作图，在弯曲部分适当多取几个测量点。
表10-3(a)?正向特性测量
 

U/V	0	0。.1	0。.15	0。.20	0。.22	0。.25	0。.27	0。.30	0。.35
I/mA

②反向特性?
按图10-6(b)接好线路，经检查无误后开启电源，将其输出电压调至30V，调节可
变电阻器使 电压表的读数分别为表10-3(b)中所列数值，并将相应的电流值记入
表10-3(b)中。
图10-6    测量二极管的伏安特性

 
表10-3(b)?反向特性测量
 

U/V	0	5	10	15	20	25
I/mA

⒋　测量直流稳压源的伏安特性?
采用WYJ型直流稳压电源作为理想电压源，在其内阻和外电路电阻相比可
以忽略不计的情况 下，其输出电压基本保持不变，因此，可视为理想电压源。
实验电路如图10-7所示。其中R１＝２００Ω为限流电阻，R２为2.2KΩ的可变电阻器。

图10-7?直流稳压电源伏安特性的测量
 按图10-7接好线路，开启电源，并调节稳压电源的输出电压UＳ等于10V，
由大到小调节可变电阻器R２，使电流表的读数分别为表10-4中数值，将相应的
电压表读数记入表10-4中。 ?
表10-4?直流稳压电源伏安特性测量表

U/V	0（开路）	5	10	15	20	25
I/mA

⒌　测定实际电压源的伏安特性?
在实验板上选51Ω电阻作为实际电源的内阻，与稳压电源相串联组成一个
实际的电压源。其实验电路如图10-8所示，其中R为可变电阻器。?
实验步骤与前项相同，将所得数据填入表10-5中。

图10-8    实际电压源伏安特性的测量
 
表10-5?实际电压源的伏安特性测量表
 

U/V	0	5	10	15	20	25
I/mA

五、实验报告?
⒈　根据实验中所得数据，在坐标纸上绘制线性电阻、半导体二极管、理想电
压源和 实际电压源的伏安特性曲线。?
⒉　分析实验结果，并得出相应的结论。?
⒊　试说明图10-6(a)和图10-6(b)中，电压表和电流表二种接法的区别?为什么??
⒋　如果误用电流表去测电压，将会产生什么后果?