线性与非线性元件伏安特性的测绘--电工基本实验
一.实验目的
1.掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法。
2.学习恒电源、直流电压表、电流表的使用方法。
二.原理说明
任一二端电阻元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系U=f(I)来表示,即用U-I平面上的一条曲线来表征,这条曲线称为该电阻元件的伏安特性曲线。根据伏安特性的不同,电阻元件分两大类:线性电阻和非线性电阻。线性电阻元件的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线,如图1-1中(a)所示,该直线的斜率只由电阻元件的电阻值R决定,其阻值为常数,与元件两端的电压U和通过该元件的电流I无关;非线性电阻元件的伏安特性是一条经过坐标原点的曲线,其阻值R不是常数,即在不同的电压作用下,电阻值是不同的,常见的非线性电阻如白炽灯丝、普通二极管、稳压二极管等,它们的伏安特性如图1-1中(b)、(c)、(d)。在图1-1中,U 〉0的部分为正向特性,U〈 0的部分为反向特性。
绘制伏安特性曲线通常采用逐点测试法,即在不同的端电压作用下,测量出相应的电流,然后逐点绘制出伏安特性曲线,根据伏安特性曲线便可计算其电阻值。
三.实验设备
1.直流电压、电流表;
2.电压源(双路0~30V可调);
四.实验内容
1.测定线性电阻的伏安特性
按图1-2接线,图中的电源U选用恒压源的可调稳压输出端,通过直流数字毫安表与1kΩ线性电阻相连,电阻两端的电压用直流数字电压表测量。
调节恒压源可调稳压电源的输出电压U,从0伏开始缓慢地增加(不能超过10V),在表1-1中记下相应的电压表和电流表的读数。
表1-1 线性电阻伏安特性数据
2.测定6.3V白炽灯泡的伏安特性
将图1-2中的1kΩ线性电阻换成一只6.3V的灯泡,重复1的步骤,电压不能超过6.3V,在表1-2中记下相应的电压表和电流表的读数。
表1-2 6.3V白炽灯泡伏安特性数据
U (V) |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6.3 |
I (mA) |
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3.测定半导体二极管的伏安特性
按图1—3接线,R为限流电阻,取200Ω(十进制可变电阻箱),二极管的型号为1N4007。测二极管的正向特性时,其正向电流不得超过25mA,二极管VD的正向压降可在0~0.75V之间取值。特别是在0.5~0.75之间更应取几个测量点;测反向特性时,将可调稳压电源的输出端正、负连线互换,调节可调稳压输出电压U,从0伏开始缓慢地减少(不能超过-30V), 将数据分别记入表1-3和表1-4中。
表1-3 二极管正向特性实验数据
U (V) |
0 |
0.2 |
0.4 |
0.45 |
0.5 |
0.55 |
0.60 |
0.65 |
0.70 |
0.75 |
I (mA) |
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表1-4 二极管反向特性实验数据
U (V) |
0 |
-5 |
-10 |
-15 |
-20 |
-25 |
-30 |
I (mA) |
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4.测定稳压管的伏安特性
将图1—3中的二极管1N4007换成稳压管2CW51,重复实验内容3的测量,其正、反向电流不得超过±20mA,将数据分别记入表1-5和表1-6中。
表1-5 稳压管正向特性实验数据
U (V) |
0 |
0.2 |
0.4 |
0.45 |
0.5 |
0.55 |
0.60 |
0.65 |
0.70 |
0.75 |
I (mA) |
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表1-6 稳压管反向特性实验数据
U (V) |
0 |
-1 |
-1.5 |
-2. |
-2.5 |
-2.8 |
-3 |
-3.2 |
-3.5 |
-3.55 |
I (mA) |
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五.实验注意事项
1.测量时,可调稳压电源的输出电压由0缓慢逐渐增加,应时刻注意电压表和电流表,不能超过规定值。
2.稳压电源输出端切勿碰线短路。
3.测量中,随时注意电流表读数,及时更换电流表量程,勿使仪表超量程。
六.预习与思考题
1.线性电阻与非线性电阻的伏安特性有何区别?它们的电阻值与通过的电流有无关系?
2.如何计算线性电阻与非线性电阻的电阻值?
3.请举例说明哪些元件是线性电阻,哪些元件是非线性电阻,它们的伏安特性曲线是什么形状?
4.设某电阻元件的伏安特性函数式为I=f(U),如何用逐点测试法绘制出伏安特性曲线。
七.实验报告要求
1.根据实验数据,分别在方格纸上绘制出各个电阻的伏安特性曲线。
2.根据伏安特性曲线,计算线性电阻的电阻值,并与实际电阻值比较。
3.根据伏安特性曲线,计算白炽灯在额定电压(6.3V)时的电阻值,当电压降低20%时,阻值为多少?
4.回答思考题。