非线性元件特性曲线的测定及曲线绘制

非线性元件特性曲线的测定及曲线绘制

一、实验目的
　　1、了解非线性元件的伏安特性；
　　2、学习非线性元件伏安特性曲线的测试方法；
　　3、掌握绘制曲线的方法。

　　二、 原理说明
　　1、非线性元件的伏安特性
　　在电路中，元件的特性一般用该元件上的电压Ｕ与通过元件的电流Ｉ之间的函数关系U = f (I) 来表示，这种函数关系称为该元件的伏安特性，也称外部特性。通常将Ｕ和I分别作为纵坐标和横坐标绘成曲线，这种曲线就叫做伏安特性曲线或外特性曲线。

　　线性电阻元件的伏安特性符合欧姆定律，它在u-i 平面上是一条通过原点的直线，如图6.8.1所示。该特性曲线各点斜率与元件电压、电流的大小和方向无关，所以线性电阻元件是双向性元件。

　　图6.8.1

　　非线性二端元件的伏安特性不服从欧姆定律，在u-i平面上是一条曲线。以下我们将讨论普通晶体二极管、稳压二极管和白炽灯泡三种非线性电阻元件的伏安特性。

　　普通晶体二极管的特点是正向电阻和反向电阻区别很大，其伏安特性曲线如图6.8.2（a）所示。它的电阻值不仅随着流过它的电流大小而变化，而且还随着电流的方向不同而有很大的不同，其伏安特性曲线对坐标原点不对称，是非双向性元件，具有单向导电的特点。

　　稳压二极管的正向伏安特性类似于普通晶体二极管，但其反向伏安特性则较特别，如图6-8-2（b）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（一般称为稳定电压），电流突然增加，以后它的端电压维持恒定，不再随外电压升高而增加。利用这种特性，稳压二极管在电子设备中有着广泛的应用。

　　白炽灯泡在工作时，灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的改变而改变，并且具有一定的惯性；又因为温度的改变与流过灯泡的电流有关，所以它的伏安特性为一条曲线，如图6.8.2（c）所示。由图可见，电流越大、温度越高，对应的灯丝电阻也越大。一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”可相差几倍至十几倍。

　　（a） （b） （c）

　　图6.8.2 非线性元件的伏安特性

　　2、伏安特性曲线的测试方法
　　在使用电表测试二端电阻元件的伏安特性曲线时，应注意电压表和电流表都具有一定的内阻RV和RA，测量时必须考虑到电表内阻对被测电路的影响。

　　三、实验任务
　　1、测定晶体二极管的伏安特性曲线。
　　本次实验测定的晶体二极管的参数为1.5A，100V。
　　自行设计实验线路图，测试该晶体二极管的伏安特性曲线，测量数据表格自拟。
　　2、测定稳压二极管的伏安特性曲线。
　　本次实验测定的稳压二极管的参数为5V，1W。
　　将任务1中的晶体二极管换成稳压二极管，重复任务1的测量，并将实验数据填入自拟的表格。
　　3、测定白炽灯泡的伏安特性曲线。

　　图6.8.3

　　按图6.8.3接线并接通交流电源，根据曲线的性质，调整电源电压输出为0~240V。
　　测量点要求：电源电压从最小值开始，单调增加，最后一点要求电压≥230V。相邻数据点间电压增幅不宜超过12V，整个曲线测量取点总数应在20-25点左右为宜。
　　自拟表格记录每一测量点电流表和电压表的读数。
　　注意：测量点安排得越多、越合理，测量得到的特性曲线就越接近实际情况。

　　四、实验仪器设备
　　1、数字万用表
　　2、电工综合实验台
　　3、 DG05单相灯负载实验组件
　　4、 DG07多功能网络实验组件

　　五、预习思考及注意事项
　　1、预习被测元件伏安特性曲线的大致形状，预测被测量（电压、电流）的取值范围，测量数据点应如何分布？应选用哪些仪表及其量程
　　2、选取适当测量点，针对所要求完成的实验任务设计好实验线路和数据表格。
　　3、实验过程中直流稳压电源不能短路，以免损坏设备。
　　4、分析影响实验准确度的主要因素，并设法消除或降低其影响。

　　六、实验报告要求
　　1、整理测量数据，在坐标纸上按合适的比例绘出各元件的伏安特性曲线；
　　2、学习使用计算机软件绘制伏安特性曲线，了解曲线拟合的方法；
　　3、分析各测量误差产生的原因。