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線性與非線性元件伏安特性的測(cè)繪--電工基本實(shí)驗(yàn)

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1．掌握線性電阻、非線性電阻元件伏安特性的逐點(diǎn)測(cè)試法。
2．學(xué)習(xí)恒電源、直流電壓表、電流表的使用方法。
二．原理說(shuō)明
任一二端電阻元件的特性可用該元件上的端電壓U與通過(guò)該元件的電流I之間的函數(shù)關(guān)系U＝f(I)來(lái)表示，即用U－I平面上的一條曲線來(lái)表征，這條曲線稱(chēng)為該電阻元件的伏安特性曲線。根據(jù)伏安特性的不同，電阻元件分兩大類(lèi)：線性電阻和非線性電阻。線性電阻元件的伏安特性曲線是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，如圖1－1中（a）所示，該直線的斜率只由電阻元件的電阻值R決定，其阻值為常數(shù)，與元件兩端的電壓U和通過(guò)該元件的電流I無(wú)關(guān)；非線性電阻元件的伏安特性是一條經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的曲線，其阻值R不是常數(shù)，即在不同的電壓作用下，電阻值是不同的，常見(jiàn)的非線性電阻如白熾燈絲、普通二極管、穩(wěn)壓二極管等，它們的伏安特性如圖1－1中（b）、（c）、（d）。在圖1－1中，U 〉0的部分為正向特性，U〈 0的部分為反向特性。

繪制伏安特性曲線通常采用逐點(diǎn)測(cè)試法，即在不同的端電壓作用下，測(cè)量出相應(yīng)的電流，然后逐點(diǎn)繪制出伏安特性曲線，根據(jù)伏安特性曲線便可計(jì)算其電阻值。
三．實(shí)驗(yàn)設(shè)備
1．直流電壓、電流表；
2．電壓源（雙路0～30V可調(diào)）；
四．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1．測(cè)定線性電阻的伏安特性

按圖1－2接線，圖中的電源U選用恒壓源的可調(diào)穩(wěn)壓輸出端，通過(guò)直流數(shù)字毫安表與1kΩ線性電阻相連，電阻兩端的電壓用直流數(shù)字電壓表測(cè)量。
調(diào)節(jié)恒壓源可調(diào)穩(wěn)壓電源的輸出電壓U，從0伏開(kāi)始緩慢地增加（不能超過(guò)10V），在表1－1中記下相應(yīng)的電壓表和電流表的讀數(shù)。
表1－1   線性電阻伏安特性數(shù)據(jù)

U(V) 0 2 4      6 8 10

I(mA)

2．測(cè)定6.3V白熾燈泡的伏安特性
將圖1-2中的1kΩ線性電阻換成一只6.3V的燈泡，重復(fù)1的步驟，電壓不能超過(guò)6.3V，在表1－2中記下相應(yīng)的電壓表和電流表的讀數(shù)。
表1－2 6.3V白熾燈泡伏安特性數(shù)據(jù)

   U (V) 0    1 2 3 4 5 6.3

  I (mA)

3．測(cè)定半導(dǎo)體二極管的伏安特性

按圖1—3接線，Ｒ為限流電阻，取200Ω（十進(jìn)制可變電阻箱），二極管的型號(hào)為1N4007。測(cè)二極管的正向特性時(shí)，其正向電流不得超過(guò)25mA，二極管ＶＤ的正向壓降可在0～0.75V之間取值。特別是在0.5～0.75之間更應(yīng)取幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)；測(cè)反向特性時(shí)，將可調(diào)穩(wěn)壓電源的輸出端正、負(fù)連線互換，調(diào)節(jié)可調(diào)穩(wěn)壓輸出電壓U，從0伏開(kāi)始緩慢地減少（不能超過(guò)-30V），將數(shù)據(jù)分別記入表1－3和表1－4中。
表1－3    二極管正向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

U (V) 0 0.2 0.4 0.45 0.5 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75

I (mA)

表1－4   二極管反向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

U (V) 0 －5 －10 －15 －20 －25    －30

I (mA)

4．測(cè)定穩(wěn)壓管的伏安特性
將圖1—3中的二極管1N4007換成穩(wěn)壓管2CW51，重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3的測(cè)量，其正、反向電流不得超過(guò)±20mA，將數(shù)據(jù)分別記入表1－５和表1－６中。
表1－５   穩(wěn)壓管正向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

U (V) 0 0.2 0.4 0.45 0.5 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75

I (mA)

表1－６   穩(wěn)壓管反向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

   U (V) 0 －1 －1.5 －2. －2.5 －2.8 －3 －3.2 －3.5 －3.55

  I (mA)

五．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
1．測(cè)量時(shí)，可調(diào)穩(wěn)壓電源的輸出電壓由0緩慢逐漸增加，應(yīng)時(shí)刻注意電壓表和電流表，不能超過(guò)規(guī)定值。
2．穩(wěn)壓電源輸出端切勿碰線短路。
3．測(cè)量中，隨時(shí)注意電流表讀數(shù)，及時(shí)更換電流表量程，勿使儀表超量程。
六．預(yù)習(xí)與思考題
1．線性電阻與非線性電阻的伏安特性有何區(qū)別？它們的電阻值與通過(guò)的電流有無(wú)關(guān)系？
2．如何計(jì)算線性電阻與非線性電阻的電阻值？
3．請(qǐng)舉例說(shuō)明哪些元件是線性電阻，哪些元件是非線性電阻，它們的伏安特性曲線是什么形狀？
4．設(shè)某電阻元件的伏安特性函數(shù)式為I＝f（U），如何用逐點(diǎn)測(cè)試法繪制出伏安特性曲線。
七．實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1．根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別在方格紙上繪制出各個(gè)電阻的伏安特性曲線。
2．根據(jù)伏安特性曲線，計(jì)算線性電阻的電阻值，并與實(shí)際電阻值比較。
3．根據(jù)伏安特性曲線，計(jì)算白熾燈在額定電壓（6.3V）時(shí)的電阻值，當(dāng)電壓降低20％時(shí)，阻值為多少？
4．回答思考題。

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U (V)	0	－1	－1.5	－2.	－2.5	－2.8	－3	－3.2	－3.5	－3.55
I (mA)

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