電路分析實驗箱--電路元件伏安特性的測量
一、實驗目的
1、學會識別常用電路和元件的方法。
2、掌握線性電阻、非線性電阻元件及電壓源和電流源的伏安特性的測試方法。
3、學會常用直流電工儀表和設備的使用方法。
二、實驗原理
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(U)表示，即I-U平面上的一條曲線來表征，即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曲線所示，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，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”的阻值相差幾倍至幾十倍，所以它的伏安特性曲線如圖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，其伏安特性曲線如圖1-1中c曲線所示。正向壓降很小（一般的鍺管約為0.2～0.3V, 硅管約為0.5～0.7V）,正向電流隨正向壓降的升高而急劇上升，而反向電壓從零一直增加到幾十伏時，其反向電流增加很小，粗略地可視為零?？梢姡O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曲線所示。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。注意：流過穩壓二極管的電流不能超過管子的極限值，否則管子會被燒壞。
圖 1-1 各種電路元件的伏安特性曲線
三、實驗設備
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序號 |
名稱 |
型號與規格 |
數量 |
備注 |
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1 |
可調直流穩壓電源 |
0～12V |
1 |
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2 |
萬用表 |
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1 |
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3 |
直流數字毫安表 |
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1 |
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4 |
直流數字電壓表 |
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1 |
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5 |
可調電位器或滑線變阻器 |
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1 |
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6 |
二極管 |
2CP15（或IN4007） |
1 |
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7 |
穩壓管 |
2CW51 |
1 |
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8 |
白熾燈 |
6.3V |
1 |
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9 |
線性電阻 |
1KΩ/1W |
1 |
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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，一直到10V，記下相應的電壓表和電流表的讀數U
R、I。
圖1-2
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UR(V) |
0 |
3 |
4 |
5 |
7 |
8 |
10 |
|
I(mA) |
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※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6.3V的汽車燈泡，重復1的步驟。
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UR(V) |
0 |
3 |
4 |
5 |
7 |
8 |
10 |
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I(mA) |
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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5mA，二極管D的正向施壓UD+可在0～0.75V之間取值，特別是在0.5～0.75V之間更應多取幾個測量點。做反向特性實驗時，只需將圖1-3中的二極管D反接，且其反向施壓UD－可加到30V。
圖1-3
正向特性實驗數據
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UD+(V) |
0.10 |
0.30 |
0.50 |
0.55 |
0.60 |
0.65 |
0.70 |
0.75 |
|
I (mA) |
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反向特性實驗數據
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UD－(V) |
-3 |
－5 |
－10 |
－20 |
－30 |
－35 |
－40 |
|
I (mA) |
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※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。測量點自定。
正向特性實驗數據
反向特性實驗數據
5、測定電壓源伏安特性
圖1-4
按圖1-4連接電路圖，調節U為5V，改變R
L的值，測量U和I的值。記入下表中：
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RL（Ω） |
100 |
200 |
300 |
500 |
600 |
700 |
800 |
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I(mA) |
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U(V) |
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6、測定電流源伏安特性
圖1-5
按圖1-5接好電路圖，調節R
L的值，測出各種不同RL值時的I和U，記入表中：
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RL（Ω） |
100 |
200 |
300 |
500 |
600 |
700 |
800 |
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I(mA) |
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U(V) |
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六、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至大逐漸增加，應時刻注意電流表讀數不得超過15mA。
2、進行不同實驗時，應先估算電壓和電流值，合理選擇儀表的量程，切勿使儀表超量程，儀表的極性亦不可接錯。
七、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、設某器件伏安特性曲線的函數式為I = f(U)，試問在逐點繪制曲線時，其坐標變量應如何放置？
3、在圖1-3中，設U=3V，U
D+ = 0.7V，則毫安表（mA）表讀數為多少？
4、穩壓二極管與普通二極管有何區別，其用途如何？
八、實驗報告
1、根據各實驗數據，分別在方格紙上繪制出光滑的伏安特性曲線。（其中二極管和穩壓管的正、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、歸納各被測元件的特性。
3、必要的誤差分析。
