电路实验1基本仪表的使用及电路元件伏安特性测绘

学生实验报告开课学院及实验室：年月日学院机械与电气工程学院年级、专业、班姓名学号实验课程名称电路基础实验成绩实验项目名称基本仪表的使用及电路元件伏安特性测绘指导老师一、实验目的1.熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。2.掌握常用电压表、电流表内阻的测量方法。3.熟悉电工仪表测量误差的计算方法。4.学会识别常用电路元件的方法。5.掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘。6.掌握实验台上直流电工仪表、万用表和设备的使用方法。二、实验原理任何一个二端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I＝f(U)来表示，即用I-U平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。1.线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-5中a所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。2.一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图1-5中b曲线所示。3.一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其伏安特性如图1-5中c所示。图1-5正向压降很小（一般的锗管约为0.2～0.3V，硅管约为0.5～0.7V），正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十多至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。4.稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性较特别，如图1-5中d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（称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管）电流将突然增加，以后它的端电压将基本维持恒定，当外加的反向电压继续升高时其端电压仅有少量增加。(注意：流过二极管或稳压二极管的电流不能超过管子的极限值，否则管子会被烧坏。)三、使用仪器、材料序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源0~30V12万用表1自备3直流数字毫安表0~200mA1实验台自带4直流数字电压表0~200V1实验台自带5二极管IN4007/2CP151DGJ-056稳压管2CW511DGJ-057白炽灯12V，0.1A1DGJ-058线性电阻器200Ω，1KΩ/8W1DGJ-05四、实验步骤1.测定线性电阻器的伏安特性按图1-6接线，调节稳压电源的输出电压U，从0伏开始缓慢地增加，一直到10V，将相应的电压表和电流表的读数UR、I记录在表1中。图1-6图1-72.测定非线性白炽灯泡的伏安特性将图1-6中的R换成一只12V，0.1A的灯泡，重复步骤1。将数据记录在表2中（UL为灯泡的端电压）。3.测定半导体二极管的伏安特性按图1-7接线，R为限流电阻器。测二极管的正向特性时，其正向电流不得超过35mA，二极管D的正向施压UD+可在0～0.75V之间取值。在0.5～0.75V之间应多取几个测量点。测反向特性时，只需将图1-7中的二极管D反接，且其反向施压UD－可达30V。将数据记录在表3.1，表3.2中。0-10-20-300.51ICDbddDbCU(V)()＋－UmA＋－R200ΩV＋－DIN4007＋－UmA＋－R1KV＋－4.测定稳压二极管的伏安特性（1）正向特性实验：将图1-7中的二极管换成稳压二极管2CW51，重复实验内容3中的正向测量。UZ+为2CW51的正向施压。（2）反向特性实验：将图1-7中的R换成1KΩ，2CW51反接，测量2CW51的反向特性。稳压电源的输出电压UO从0～20V，测量2CW51二端的电压UZ－及电流I，由UZ－可看出其稳压特性。将实验数据五、实验过程原始记录（数据、图表、计算等）1、表1UR（V）0246810I（mA）002.004.006.008.010.02、表2UL（V）0.10.512345I（mA）07.717.624.333.240.947.754.23、表3.1正向特性实验数据UD+(V)0.100.300.500.550.600.650.700.71I（mA）00.000.000.300.902.607.921.632.6表3.2反向特性实验数据UD－(V)0-5-10-15-20-25-30I（mA）00.000.000.000.000.000.000.04、表4.1正向特性实验数据UZ+（V）0.100.300.500.550.600.650.700.75I（mA）0.000.000.000.020.080.311.999.42表4.2反向特性实验数据UO(V)2.004.006.008.0010.212.014.016.018.020.0UZ－（V）-1.74-2.25-2.47-2.62-2.73-2.81-2.88-2.94-2.99-3.04I（mA）0.251.743.515.367.419.1911.1212.9914.9416.90六、实验结果及分析1.根据表1，可得线性电阻的伏安特性曲线如右图1所示：图1：线性电阻的伏安特性曲线2、根据表2，白炽灯丝电阻伏安特性曲线如下图2所示：图2：白炽灯丝电阻伏安特性曲线3、根据表3.1,表3.2可得半导体二极管伏安特性曲线如下图3所示：图3：半导体二极管伏安特性曲线4、根据表4.1,表4.2可得半导体二极管伏安特性曲线如下图4所示：图4：半导体二极管伏安特性曲线5、根据图1可得：线性电阻的伏安特性曲线是一条通过原点的直线，其电压与电流成正比；根据图2可得：白炽灯电阻为非线性电阻，灯丝电阻值随电流的增大而增大；根据图3可得：半导体二极管是非线性电阻元件，正向电压很小，正向电流随正向压降的升高而急剧上升，而反响电压为零。可见半导体二极管具有单向导电性；根据图4可得：稳压二极管是非线性电阻元件，正向特性与普通二极管类似——正向电压很小，正向电流随正向压降的升高而急剧上升。但反向特性较特别——在反向电压可是增加时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某数值时，电流突然增加，以后其端电压基本维持稳定。