电路元件特性曲线的伏安测量法

[键入文字]1/12实验报告课程名称：_电路原理甲I实验_指导老师：________成绩：__________________实验名称：实验三电路元件特性曲线的伏安测量法实验类型：_基础规范型实验___一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1、熟悉电路元件的特征曲线；2、学习非线性电阻元件特性曲线的伏安测量方法；3、掌握福安测量法中测量样点的选择和绘制曲线的方法。二、实验原理1、元件的特征曲线在电路原理中，元件的特征曲线是指特定平面上定义的一条曲线。例如，白炽灯在工作的时候，灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的噶边而改变，并且具有一定的惯性；又因为温度的改变与流过灯泡的电流有关，所以它的伏安特性为一条曲线。由曲线图可知，电流越大、温度越高，对应的等死电阻也就越大。电阻元件的伏安特性曲线在u-i平面上是一条曲线，当曲线变为直线时，与其相对应的元件即为线性电阻器，直线的斜率为电阻器的电阻值。电容和电感的特性曲线分别为库伏特性和韦安特性，与电阻的伏安特性类似。普通晶体二极管的特点是正向电阻和反向电阻区别很大，其伏安特性专业：___姓名：学号：日期：2011年12月21日地点：东三-206_装订线[键入文字]2/12曲线如图所示。正想压降很小，正向电流随正向压降的升高而急剧上升，而反向电压从零一直增加到几十伏时，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。如果反向电压加的过高，超过其极限值，则会导致击穿损坏。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，但其反向特性不同——在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当反向电压增加到某一数值时（稳压值），电流突然开始增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。二极管的特性参数主要有开启电压Uth,导通电压Uon,反向电流Ir,反击穿电压Ibr以及最大整流电流If.2、非线性电阻元件（灯泡）特性曲线的逐点伏安测量法元件的伏安特性可以用电压表、电流表测定，成为逐点伏安测量法。伏安法原理简单，测量方便，但由于仪表内阻会影响测量结果，因此必须注意仪表的合理接法。按图示接线，R为限流电阻，测二极管D的正向特性时，其正向电流不得超过二极管长期运行时允许通过的最大半波整流电流平均值，否则二极管将被烧坏。做反向实验时，只需将二极管反接，其反向电压不能超过反向击穿电压。采用伏安法测量二极管特性时，限流电阻以及直流恒压源的变化范围和特性曲线的测量范围是有关系的，要根据实验室设备的具体要求来确定。在综合考虑测量效率和获得良好曲线效果的前提下，测量点的选择十分关键。故测量时需要合理采用调电压或者电阻的方式来有效控制测量样点。装订线[键入文字]3/12三、实验设备•DG05；DG07；二极管，稳压管•直流电源；直流电压表、电流表；•交流工频电源；交流电压表、电流表，灯泡；•数字万用表四、实验接线图·电路图（用PSPICE作图）实验图3-1实验图3-2实验图3-3·接线图实验1[键入文字]4/12实验2实验3五、实验步骤1、按照实验图1接线，元件为晶体二极管。其中电压表使用万用表。调稳压电源此时为正向，值为零。缓慢改变直流可调稳压电源值，[键入文字]5/12测出满足以下条件的数据：【正向】(0～0.5V)3点；(0.5～0.65V)5点；(0.66～0.75V)5点，并且记录。将二极管反向，测出满足以下条件的数据：【反向】5点，并记录。2、按照实验图2接线，元件为稳压二极管。其中电压表使用万用表。稳压调电源此时为反向，值为零。缓慢改变直流可调稳压电源值，测出满足以下条件的数据：【反向】(0～4.7V)5点；(4.7～5.5V)10点，并记录数据。3、按照实验图3接线，元件为白炽灯泡。其中电压表、电流表分别使用交流电表。缓慢改变交流可调稳压电源值，测出满足以下条件的数据：【正向】(0～80V)5点；(80～150V)10点；(150～240V)5点，并记录。4、用测得数据，利用伏安特性测量法绘图并分析。六、实验数据记录1、实验1-晶体二极管元件伏安特性曲线电压表量程：20V电流表量程200mA【加反向电压】电压表示数单位：V电流表示数单位：mA装订线[键入文字]6/12实验组别123456电压表示数0-0.50-1.00-2.00-3.00-4.00电流表示数000000【加正向电压】电压表示数单位：V电流表示数单位：mA实验组别789101112电压表示数00.100.200.300.400.45电流表示数000000实验组别131415161718电压表示数0.480．530.560.580.600.61电流表示数0.10.51.31.93.04.1实验组别192021222324电压表示数0.620.630.640.660.670.68电流表示数5.15.66.911.115.317.9实验组别252627282930电压表示数0．700.720.740.760.790.80电流表示数26.545.468.3101.7153.5180.32、实验2-稳压管元件伏安特性曲线电压表量程：20V电流表量程200mA【加反向电压】电压表示数单位：V电流表示数单位：mA实验组别123456电压表示数01.02.03.04.04.5[键入文字]7/12电流表示数000000实验组别789101112电压表示数4.74.84.95.05.15.2电流表示数1.31.83.96.39.726.0实验组别131415161718电压表示数5.235.255.285.315.45.45电流表示数31.942.051.964.3109.2133实验组别19电压表示数5.5电流表示数139.23、实验3-白炽灯伏安特性曲线电压表量程：20V电流表量程：2A【加反向电压】电压表示数单位：V电流表示数单位：mA实验组别123456电压表示数02040608085电流表示数00．0890．1150．1360.1590.161[键入文字]8/12实验组别789101112电压表示数9095100105110115电流表示数0.1660.1700.1750.1790.1840.188实验组别131415161718电压表示数120125130135140160电流表示数0.1920.1960.2000.2040.2070.222实验组别19202122电压表示数180200220240电流表示数0.2360.2490.2630.274七、实验数据处理与分析实验数据处理环节运用了originpro软件进行数据散点绘制。1、实验1-晶体二极管元件伏安特性曲线[键入文字]9/12由曲线形状我们可以看出，电流正向通过二极管时电阻远小于反向电阻二极管中的电流会在临界区域内急剧增大。根据学习的知识，我们了解到，当外加正向电压时，随着电压U的逐渐增加，电流I也增加。但在开始的一段，由于外加电压很低。外电场不能克服PN结的内电场，半导体中的多数载流子不能顺利通过阻挡层，所以这时的正向电流极小。当外加电压超过死区电压以后，从图上读取大概为在0.74V左右时，于PN结的内电场，多数载流子大量通过阻挡层，使正向电流随电压很快增长。外加反向电压时，所加的反向电压加强了内电场对多数载流子的阻挡，所以二极管中几乎没有电流通过。但是这时的外电场能促使少数载流子漂移，所以少数载流子形成很小的反向电流。2、实验2-稳压管元件伏安特性曲线[键入文字]10/12上图图形改为以下视图看起来更为直观，由图我们可以看出，稳压管伏安特性曲线绘制利用的是在给稳压管两端加上反向电压时，在电压没有达到稳压值时，电压增高电流为0，当电压等于大于稳压值时电流剧增，斜率达到无穷大，也就是电阻近乎为0.3、实验3-白炽灯伏安特性曲线[键入文字]11/12由图可知，白炽灯的伏安特性曲线并非是线性的，而是曲线的。经学过的理论知识可知，白炽灯的冷阻小于热阻，随着电压的慢慢升高，电流慢慢加大，导致灯丝发热而发光，其电阻值也由冷阻到热阻慢慢过渡，电压与电流的比值慢慢变小。附：originpro作图过程八、误差分析本实验过程中可能出现的误差有以下几种因素装订线[键入文字]12/121、实验过程中使用电表的内阻2、读数时有效位的取舍3、不同量程的电表的精确度不同4、实验时温度因素等。九、实验心得