电阻的伏安特性研究

电阻的伏安特性研究伏安法测电阻，方法简单，使用方便。但由于电表内阻的影响，侧量精度不是很高，存在明显的系统误差。本实验根据电阻值不同的精度要求，采用不同的测量方法。从伏安特性曲线所遵循的规律，可以得出该元件的导电特性，以便确定它在电路中的作用。【实验要求】（1）练习使用电压表、电流表，掌握各元件伏安特性的测量方法，了解其系统误差，正确选择电路。（2）掌握作图法处理试验数据。【实验目的】测绘线性电阻和晶体二极管的伏安特性曲线。【实验仪器与用具】直流电源，滑线变阻器，微安表，毫安表，电压表，待测电阻和晶体二极管，开关及导线。【预习思考题】（1）伏安法测电阻时，系统误差主要有哪些来源？1、电压表或电流表的读书不准；2、电压表和电流表不配套；3、电压表和电流表的内阻对测量的影响不可忽略；4、电源电压不稳定。(2)用伏安法测电阻时，当待测电阻为几千欧、几欧时，分别应用哪种电路？1、电流表与待测电阻先串联后再一起与电压表并联；2、待测电阻与电压表并联后再与电流表串联；3、电流表与电压表并联后再与待测电阻串联。【试验原理】当直流电流通过待测电阻Rx时，用电压表测出Rx，两端电压U，同时用电流表测出通过Rx的电流I,根据欧姆定律R=U/I算出待测电阻Rx的数值，这种方法称为伏安法。以测得电压值为横坐标，相应的电流表为纵坐标作图，所得流过的电阻元件的电流强度随元件两端电压变化的关系曲线，称为电阻的伏安特性曲线。若所得结果是一直线，这类元件称为线性电阻（如二极管），如图3-11-1（a）、（b）所示。要测得一个元件的伏安特性的曲线，就应该同时测量流过元件的电流强度及元件两端的电压。其电路连接有两种可能，分别如图3-11-2和图3-11-3所示。前者称为电流表内接，后者称为电流表外接。由于电表的影响，无论那种接法。由于电流表的影响，无论哪种接法，都会产生接入误差，下面对它们进行分析。（a）线性电阻伏安特性（b）非线性电阻伏安特性1.电流表内接如图3-11-2所示，所测得电流是流过Rx的电流，但所测得电压是Rx和电流表上的电压之和。设电流表内阻为RA,由欧姆定律，电阻的测量值：其相对误差：此误差是由于电流表由内阻RA引起的。可见用图3-11-2电流表内接时，测得的结果值R测比实际值RX。只有当RXRA时，用近似，才能保证有足够的准确度。RA的值一比较小，约为几欧或更小。此法测比较大的电阻，产生的误差就不大。R测=U/I=（U/x＋ＵＡ）／Ｉx=RX＋ＲＡ其相对误差：Ｅ１＝△RX/RX=（R测－ＲＸ）／ＲＸ＝ＲＡ／ＲＸ此误差是由于电流表有内阻RA。可见用图3-11-2电流表内接时，测得的结果值R测比实际值RX偏大。只有当RXRA时，用RX=U/I近似，才能保证有足够的准确度。RA的值一般比较小，约为几欧或更小。此法测比较大的电阻（RX/RA100)，产生的误差就不大。2.电流表外接如图3-11-3所示，所测电压是RX两端电压，但所测电流是电压表上电流和RX上电流之和。设电压表的电阻为RV，则电阻的测量值为：R测=U/U(1/RV+1/RX)=RVRX/RV+RX其相对误差为：E2=∣△RX∣/RX=∣R测-RX∣/RX=RX/RX+RV此误差是由于电压表有内阻引起的，可见图3-11-3电流表外接时，测得的电阻R测比实际值RX偏小。只有当RVRX时，这种接法用RX=U/I近似，才能保证足够的准确度。RV的值一般比较大，在几千欧以上，因此测比较小的电阻比如几十欧以下，产生的误差就不大。综上所述，由于电表的内阻存在，使得测量总存在一定的系统误差，究竟采用哪种接法，必须实现对RX、RA、RV三者的相对大小有个粗略的估计，从而使所选取的电路测得的结果有足够的准确度。【实验内容】1测量线性电阻伏安特性选择电路：已知电压表内阻为几十千欧，毫安表内阻为几十欧，待测电阻RX为几十欧，选择合适电路，使测得的RX误差较小。按图连接好电路，注意选择好电压表和电流表的量程，滑动变阻器触头处在电压表电压最小处。经老师检查后，接通电源。调节滑动变阻器，改变RX上的电流、电压，注意，勿使电表指针偏转超过电表量程，分别读出相对应的电流、电压值，将数据填入表。将电压调为零，改变加在电阻上的电压方向（可将RX调转180°连接），调节滑动变阻器，读出相应的电流、电压值，将数据填入表以电压为横坐标，电流为纵坐标，绘出电阻的伏安特性曲线。注意事项：电流表一定要串联在电路上，经老师检查后，方可进行实验。【数据记录及处理】1内接法测电阻的伏安特性电流表内接2外接法测电阻的伏安特性电流表外接2.0333.9866.0668.13210.21402468101212345系列2线性(系列2)数据处理：（1）电流I为纵坐标，电压U为横坐标，绘制线性电阻的伏安特性曲线，注意坐标比例的选取。由于正、反电压的变化幅度和电流的变化幅度不同，应选取不同的比例，便于曲线能反映出测量的精度。【思考题】（1）伏安法测电阻的接入误差是由什么因素引起的？电阻的伏安特性曲线的斜率表示什么？（2）实验时，用电流表、电压表测30Ω、2kΩ、1ΜΩ电阻时，应采用哪种线路？0.20180.40420.60640.80881.011400.20.40.60.811.2024681012系列1