电路元件特性曲线的伏安测量法 实验报告.doc

课程名称： 电路与电子技术实验 指导老师： 成绩：_实验名称：电路元件特性曲线的伏安测量法和示波器观测法 实验类型：基础规范型实验 同组学生姓名： 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、实验目的与要求1.熟悉电路元件的特性曲线2.学习非线性电阻元件特性曲线的伏安测量方法3.掌握伏安测量法中测量样点的选择和绘制曲线的方法4.学习非线性电阻元件特性曲线的示波器观测方法5.设计实验方案，用示波器观测电容的特性曲线6.设计实验方案，用示波器观测铁心电感线圈的特性曲线二、实验内容和原理1.元件的特性曲线在电路原理中，元件特性曲线是指特定平面上定义的一条曲线。例如，白炽灯泡在工作时，灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的改变而改变，并且具有定的惯性；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。电流越大、温度越高，对应的灯丝电阻也越大。一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”可相差几倍至十几倍。该曲线的函数关系式称为电阻元件的伏安特性，电阻元件的特性曲线就是在u-i平面上的一条曲线。当曲线变为直线时，与其相对应的元件即为线性电阻器，直线的斜率为该电阻器的电阻值。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。线性电阻，元件的伏安特性符合欧姆定律，它在u-i平面上是一条通过原点的直线，如图7-3-2所示。该特性曲线各点斜率与元件电压、电流的大小和方向无关，所以线性电阻元件是双向性元件。非线性电阻的伏安特性在u-i平面上是一条曲线。如图所示，分为普通晶体二极管、稳压二极管、隧道二极管和辉光二极管的伏安特性。普通晶体一极管的特点是正向电阻和反向电阻区别很大。正向压降很小，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几伏至几十伏时，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，如果反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。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，但其反向特性则与普通二极管不同，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(称为管子的稳压值)，电流将突然增加，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，此时要注意稳压管中的电流不能超过其功率所限定的电流值。上述两种二极管的伏安特性均属于单调型，电压与电流之间是单调函数。2.非线性电阻元件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，称为逐点伏安测量法。伏安法原理简单，测量方便，但由于仪表内阻会影响测量的结果，因此必须注意仪表的合理接法。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。做反向特性实验时，只需将二极管D反接，其反向电压不能超过反向击穿电压。当反向电压超过UBR。时，反向电流剧增，二极管的单向导电性能被破坏，甚至引起二极管损坏。采用伏安法测量二极管特性时，限流电阻以及直流稳压源的变化范围与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，由于二极管的特性曲线在不同的电压区间具有不同的形状，因此测量时需要合理采用调电压或调电阻的方式来有效控制测量样点。3.元件特性曲线的示波器观测法示波器置于X-Y工作方式，将电阻元件两端的电压接入示波器Y轴输入端，取样电阻r两端的电压接入X轴输入端，适当调节Y轴和X轴的幅值，荧光屏上就能显示出电阻R的伏安特性曲线。4.铁心磁滞回线的观测由于变压器铁心的磁非线性，其磁化特性为一族回环称为磁滞回线。对应于不同的激磁电流峰值，有不同的回线。 三、主要仪器设备数字万用表、电工综合实验台、DG07多功能网络实验组件、信号源、DS1042示波器、信号发生器四、操作方法和实验步骤1.实验一：测定并绘制二极管的伏安特性曲线（1）将万用表调至二极管档，测量普通二极管的导通电压。（2）将试验台电源开启，按电路图连接各元件。（3）将电压由0逐渐增大，在表格中记录电流数据。（4）将二极管反向接通，将电压由0逐渐增大，在表格中记录电流数据。（5）在Excel中输入数据，绘制伏安特性曲线。2.实验二：测定并绘制稳压二极管的伏安特性曲线（1）将万用表调至二极管档，测量稳压二极管的导通电压。（2）将试验台电源开启，按电路图连接各元件。（3）将电压由0逐渐增大，在表格中记录电流数据。（4）将二极管反向接通，将电压由0逐渐增大，在表格中记录电流数据。（5）在Excel中输入数据，绘制伏安特性曲线。3.实验三：测定并绘制小灯泡的伏安特性曲线（1）将试验台电源开启，按电路图连接各元件。（2）将电压由0逐渐增大，在表格中记录电流数据。（3）在Excel中输入数据，绘制伏安特性曲线。4.实验四：示波器观测普通二极管的伏安特性 （1）将示波器、信号发生器电源开启 （2）按共地连接电路图连接电路，分别将示波器的CH1、CH2输入端连接入电路。 （3）在示波器上通过旋转旋钮调节波形，直至波形能够完整地显示在屏幕中央，同时使左侧光标位于水平轴线上，使上方光标位于竖直轴线上。 （4）在示波器上选择“measure”，分别测量CH1与CH2端口输入电压的峰值。（5）调节时基，使坐标由“Y-T”变为“X-Y”，屏幕上出现李萨如图形。（6）记录数据与图形。（7）将电路重新连接，按浮地连接电路图连接电路。实验步骤同上。5.实验四：示波器观测稳压二极管的伏安特性实验步骤与电路图与实验四均相同，将普通二极管换为稳压二极管即可。五、实验数据记录和处理1.测定并绘制二极管的伏安特性曲线 导通电压：0.576V 电阻：330正向导通：电压U（V）0.25.5.53.57.58.61.64.67.68.70.71.71电流I（mA）000.50.92.23.26.413.52744.575.18693.1负向导通：电压U（V）0-1-2-3-4-5-6-10-15-20-29电流I（A）00000000-1-2-42.测定并绘制稳压二极管的伏安特性曲线 导通电压：0607V 电阻：330正向导通：电压U（V）00.200.300.400.500.600.650.680.700.710.7150.720.73电流I（mA）00000.0350.594.012.326.139.950.958.882.7负向导通：电压U（V）0-1-2-4.9-4.95-5.3-5.5-5.56-5.57-5.58-5.6-5.62-5.64-5.65电流I（mA）000-0.02-0.034-0.13-0.47-1.01-2.60-5.19-20.1-43.5-63.2-73.93.测定并绘制小灯泡的伏安特性曲线 电压U（V）0204055708090100110120130140150电流I（mA）04557636973778184879093951651801902002102202301001041071101121141164. 示波器观测普通二极管的伏安特性CH1峰值：4.88V CH2峰值：4.24V普通二极管导通电压：0.64V5. 示波器观测稳压二极管的伏安特性CH1峰值：9.60V CH2峰值：8.80V稳压二极管导通电压：0.60VU（V）六、实验结果与分析1.实验一：U（V）I（mA）绘制出伏安特性曲线后，可以看出：正向导通时，当电压未达到导通电压时，流过电流基本为0，相当于断路；当电压逐渐增大达到一定值时，曲线斜率突然变大；达到某一值时，曲线接近竖直，此时电压近似恒定，可看做一个近似的恒压源。负向导通时，电压逐渐增大时，电流几乎恒定为0，说明逆向几乎不导通。在此实验中，我选择了330的电阻，电阻较大，导致分压较多，二极管两端电压较少，导致无法达到很高的电压。在此实验中，电压表的内阻约为50k，电阻较大，因此选择内接法进行测量。U（V）I（mA）2.实验二：绘制出伏安特性曲线后，可以看出：正向导通时，当电压未达到导通电压时，流过电流基本为0，相当于断路；当电压逐渐增大达到一定值时，曲线斜率突然变大；达到某一值时，曲线接近竖直，此时电压近似恒定，可看做一个近似的恒压源。负向导通时，当电压未达到一定值时，流过电流基本为0，相当于断路；当电压逐渐增大达到一定值时，曲线斜率突然变大；达到某一值时，曲线接近竖直，此时电压近似恒定，可看做一个近似的恒压源。在此实验中，我选择了330的电阻，电阻较大，导致分压较多，二极管两端电压较少，导致无法达到很高的电压。在此实验中，电压表的内阻约为50k，电阻较大，因此选择内接法进行测量。3.实验三：I（mA）绘制出伏安特性曲线后，可以看出：当电压和电路逐渐增大时，曲线斜率逐渐变小，说明灯泡电阻逐渐变大。随着电压增大，小灯泡灯丝温度升高，电阻变大。在此实验中，电压表的内阻约为50k，电阻较大，因此选择内接法进行测量。4.实验四：共地：浮地：用示波器测量普通二极管的伏安特性曲线，通过对李萨如图形显示的伏安特性曲线进行分析，可以看出：正向导通时，当电压未达到导通电压时，流过电流基本为0，相当于断路；当电压逐渐增大达到一定值时，曲线斜率突然变大；达到某一值时，曲线接近竖直，此时电压近似恒定。负向导通时，电压逐渐增大时，电流几乎恒定为0，说明逆向几乎不导通。5.实验五：共地：浮地：用示波器测量稳压二极管的伏安特性曲线，通过对李萨如图形显示的伏安特性曲线进行分析，可看出：正向导通时，当电压未达到导通电压时，流过电流基本为0，相当于断路；当电压逐渐增大达到一定值时，曲线斜率突然变大；达到某一值时，曲线接近竖直，此时电压近似恒定。负向导通时，当电压未达到一定值时，流过电流基本为0，相当于断路；当电压逐渐增大达到一定值时，曲线斜率突然变大；达到某一值时，曲线接近竖直，此时电压近似恒定。七、讨论、心得这次电路实验的最大特点就是数据量庞大，以及需要很多数据处理拟合曲线的工作。在这次的实验中，我第一次尝试利用EXCEL绘制函数曲线，也产生了要开始系统学习matlab的想法。调节电压输出并记录数据，需要细心谨慎地调整并记录，同样也考验我们的细致程度。而在使用示波器进行实验时，需要注意对波形的大小和位置的调整，以及要让光标位于轴线位置，才能让李萨如图形位于显示屏中央。实验的每一步都不很困难，但组合在一起， 却十分考验人的细致和耐心。八、思考题1.如何判断二极管的好坏？用万用表的二极管档，测量二极管正向导通电压，示数为0.60.7左右；将二极管反接测量负向导通电压，示数满溢（无示数），则二极管完好。若有一条不符，则二极管损坏。2.如何测量二极管门限电压？3.如何设计二极管伏安特性的测量电路？4.如何测量稳压管的稳压值？5.若测量电路如图，问电阻R该如何选择？1.设线性电阻为100，2W，若用伏安法测量其特性，则稳压电源输出的最大电压是多大？限流电阻应该怎样选取？应选用多大量程的毫安表？答：稳压电源输出的最大电压是14V，限流电阻50200，毫安表应选用200mA的毫安表。2.预习被测元件伏安特性曲线的大致形状，预测被测量（电压、电流）的取值范围，测量数据如何分布？应选用那些仪表以及其量程？答：普通二极管：形状：正向导通时，当电压未达到导通电压时，流过电流基本为0；当电压逐渐增大达到一定值时，曲线斜率突然变大；达到某一值时，曲线接近竖直。负向导通时，电压逐渐增大时，电流几乎恒定为0。取值范围：正向电压：00.5V：3个点；0.50.6V：5个点；0.6100mA附近：5个点。反向电压：5个数据点，反向电压至少大于20V。量程：电流表200mA，电压表选择正向2V和负向50V。稳压二极管：形状：正向导通时，当电压未达到导通电压时，流过电流基本为0；当电压逐渐增大达到一定值时，曲线斜率突然变大；达到某一值时，曲线接近竖直。负向导通时，当电压未达到一定值时，流过电流基本为0；当电压逐渐增大达到一定值时，曲线斜率突然变大；达到某一值时，曲线接近竖直。取值范围：正向电压：00.7V：3点；0.70.8V：5点；0.8100mA附近：5个点。反向电压：04.7V 3点；4.7100mA附近5点。量程：电流表200mA，电压表选择正向1V和负向20V。4.伏安法测量二极管特性时，如何确定直流稳压电源以及限流电阻的取值和变化范围？按照实验室设备的要求，若要求特性曲线的电流最大在100mA左右，试估计限流电阻以