实验一电路元件伏安特性的测试
实验一 电路元件伏安特性的测试（验证性）
一、实验目的
1.学会识别常用电路元件的方法。
2.掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘。
3.掌握实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。
二、原理说明
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（由欧姆定律U(t)=R i(t)定义， 关联参考方向，阻值R为常数，元件对不同方向的电流或不同极性的电压，其表现是一样的，两个端钮没有任何区别，这种性质为所有的线性电阻所具备，称为双向性。）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曲线所示，该直线的斜率的倒数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，灯丝电阻可视为非线性电阻。（电阻元件凡不是线性的就称为非线性的）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1-1中b曲线所示。
图1-1
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1-1中c所示。正向压降很小（正向导通且电流不大时一般的锗管压降约为0.2～0.3V，硅管压降约为0.5～0.7V），（正向导通电压一般的锗管约为0.1V，硅管约为0.5V）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1-1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。此时，二极管工作在反向击穿状态，但采取了适当措施限制通过管子的电流保证管子不因过热而烧坏。这样，流过管子的电流在一定范围内变化时，管子两端电压变化很小，达到“稳压”效果。）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、实验仪器
可调直流稳压电源、直流电压表、数字多用表、电源转接箱、元件箱。
四、实验内容
实验准备：将可调电源中的两路“0～30V可调输出”直流可调稳压电源的输出调至最小（调节旋钮轻轻逆时针旋到底），并将恒流源的输出粗调旋钮拨到2mA档，输出细调旋钮调至最小。将电源转接箱和其下方的“AC220V输出”通过所带的插头连接线连接电源插孔，并将电源转接箱电源插孔通过红、蓝粗线和可调电源及测量仪表一的电源插孔相连（L与L用红线连接，N与N用蓝线连接）。
1.测定线性电阻器的伏安特性
按图1-2接线，稳压电源取“可调电源”中的两路“0～30V可调输出”直流可调稳压电源的任一路都可。毫安表用数字多用表，计算电路的最大电流，选择合适的毫安表的量程及接线端子，电压表选取“测量仪表一”中的“直流电压表0～200V”，电阻从“元件箱”中选取。接线过程中注意电源和仪表的极性及电压表和电阻的并联都要正确。
接完线检查无误后将电源转接箱和其下方的“AC220V输出”的电源控制开关合上，并将可调电源及测量仪表一的电源控制开关合上。
记下刚接通电源时的电压表、电流表的初始值，调节稳压电源的输出电压U，缓慢地增加，一直到10V左右，记下相应的电压表和电流表的读数UR、I ，较均匀地取六组数据，让最后的电压表示数为10V。
图1-2 图1-3
2.测定非线性白炽灯泡的伏安特性
将图1-2中的直流稳压电源的输出调至最小（调节旋钮轻轻逆时针旋到底），关掉电源转接箱电源控制开关，将R换成一只12V，0.1A的灯泡（从“元件箱”中选取，计算电路中的最大电流，选择合适的毫安表量程，并注意根据新的量程确定毫安表是否要重新接线，接好线检查无误后合上电源转接箱电源控制开关。
记下电压表和电流表的初始值，调节稳压电源的输出电压U缓慢地增加，使电压表读数不超过12V，记下相应的电压表和电流表的读数UL、I ，UL为灯泡的端电压，同样可较均匀地取六组数据。
3.测定半导体二极管IN4007的伏安特性
将图1-2中的直流稳压电源的输出调至最小（调节旋钮轻轻逆时针旋到底），关掉电源转接箱电源控制开关，按图1-3接线，R为限流电阻，它和二极管均从元件箱中选取。可调稳压电源不变，测二极管的正向特性时，其正向电流不得超过35mA，根据此电流调节要求判断电流表是否需要重新选择量程和接线端子，执行正确操作，接线过程中注意二极管、直流电压表、数字多用表、直流稳压电源的极性、二极管和电压表的并联不要接错。
接好线检查无误后合上电源转接箱电源控制开关。记下此时电压表和电流表的数值。缓慢增大可调稳压电源的输出，记录相应的电压表和电流表数值，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。并注意二极管的正向电流不得超过35mA。测反向特性时，只需将图1-3中的二极管D反接，（反接前注意电压源的输出降至最小和电源转接箱的断电，）且其反向施压UD－可达30V左右，因反向电流极小，毫安表的量程改为2mA。
正向特性实验数据
反向特性实验数据
4.测定稳压二极管的伏安特性
将图1-3中的二极管IN4007换成稳压二极管2CW51，重复实验内容3测量。其正反向电流不能超过±20mA。（注意将图1-3电路换接时电压源的输出降至最小和电源转接箱的断电以及数字多用表电流量程的变化。）
五、实验注意事项
1.测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加，应时刻注意电流表读数不得超过35mA。
2.进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。电路元件换接时先断开电源后再操作。
六、预习思考题
1.线性电阻与非线性电阻的概念是什？
2.稳压二极管与普通二极管有何异同，其用途如何？
3.在图3-3中，设U=2V，UD+ = 0.7V，则毫安表读数为多少？
七、实验报告要求
1.根据各实验数据，分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。
2.根据实验结果，总结、归纳被测各元件的特性。
3.必要的误差分析。
第二篇：实验一__电路元件伏安特性的测试(含数据处理)
实验一 电路元件伏安特性的测试
一、实验目的
1.学会识别常用电路元件的方法
2.掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测试方法
3.熟悉实验台上直流电工仪表和设备的使用方法
二、原理说明
电路元件的特性一般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。电阻元件是电路中最常见的元件，有线性电阻和非线性电阻之分。实际电路中很少是仅由电源和线性电阻构成的“电平移动”电路，而非线性器件却常常有着广泛的使用，例如非线性元件二极管具有单向导电性，可以把交流信号变换成直流量，在电路中起着整流作用。
万用表的欧姆档只能在某一特定的U和I下测出对应的电阻值，因而不能测出非线性电阻的伏安特性。一般是用含源电路“在线”状态下测量元件的端电压和对应的电流值，进而由公式R＝U/I求测电阻值。
1.线性电阻器的伏安特性符合欧姆定律U＝RI，其阻值不随电压或电流值的变化而变化，伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-1(a)所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。
图1-1 元件的伏安特性
2.白炽灯可以视为一种电阻元件，其灯丝电阻随着温度的升高而增大。一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可以相差几倍至十几倍。通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，即对一组变化的电压值和对应的电流值，所得U/I不是一个常数，所以它的伏安特性是非线性的，如图1-1(b)所示。
3.半导体二极管也是一种非线性电阻元件，其伏安特性如图1-1(c)所示。二极管的电阻值随电压或电流的大小、方向的改变而改变。它的正向压降很小（一般锗管约为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剧上升，而反向电压从零一直增加到十几至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。发光二极管正向电压在0.5～2.5V
之间时，
正向电流有很大变化。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，但其反向特性较特殊，如图1-1(d)所示。给稳压二极管加反向电压时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时，电流将突然增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加反向电压的升高而增大，这便是稳压二极管的反向稳压特性。实际电路中，可以利用不同稳压值的稳压管来实现稳压。
三、实验设备
1.线性电阻器伏安特性的测定先用万用表测量电阻器的阻值R1，按图1-2接线，R为限流电阻器，调节稳压电源Us的数值，测出对应的电压表和电流表的读数，由公式U/I计算出电阻值R′记入表1-1中。
图1-2 元件伏安特性的测定
表1-1线性电阻器的伏安特性
先用万用表测量一只12V的小灯泡“冷态”时的灯丝电阻值R1，再将图1-2中的电阻器换成小灯泡，重复步骤１的测试内容，数据记入表1-2中。
表1-2白炽灯泡的伏安特性
3.测定半导体二极管的伏安特性
将图1-2中的小灯泡换成二极管，先测二极管的正向特性，正向压降可在0～0.75V之间取值。特别是在曲线的弯曲部分（0.5～0.75之间）适当的多取几个测量点，其正向电流不得超过25mA，所测数据记入表1-3中。
作反向特性实验时，需将二极管D反接，其反向电压可在0～30V之间取值，所测数据记入表1-4中。 表1-3二极管正向特性实验
表1-4二极管反向特性实验
4.测定稳压二极管的伏安特性
将图1-2中的二极管换成稳压二极管，重复实验内容3的测量数据记入表1-5中。
表1-5稳压二极管正向特性
1.测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加， 应时刻注意电流表读数不得超过25mA，稳压源输出端切勿碰线短路。
2.进行上述实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，并注意仪表的极性。 六、预习思考题
1.线性电阻与非线性电阻的概念是什么？电阻器与二极管的伏安特性有何区别？
2.若元件伏安特性的函数表达式为I＝f(U)，在描绘特性曲线时，其坐标变量应如何放置？
3.稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？
七、实验报告
1.根据实验结果和表中数据，分别在坐标纸上绘制出各自的伏安特性曲线（其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）。
2.对本次实验结果进行适当的解释，总结、归纳被测各元件的特性。 3.必要的误差分析。 4.总结本次实验的收获。