@FB321伏安特性实验讲义

电电学学元元件件的的伏伏安安特特性性测测量量 F FB B3 32 21 1 型型电电阻阻元元件件 V V A A 特特性性实实验验仪仪 实实 验验 讲讲 义义 杭州精科仪器有限公司杭州精科仪器有限公司 2 电学元件的伏安特性测量电学元件的伏安特性测量 电路中有各种电学元件 如线性电阻 半导体二极管和三极管 以及光敏 热敏和 压敏元件等 知道这些元件的伏安特性 对正确地使用它们是至关重要的 利用滑线变 阻器的分压接法 通过电流和电压表正确地测出它们的电压与电流的变化关系称为伏安 测量法 简称伏安法 伏安法是电学中常用的一种基本测量方法 实验目的 1 验证欧姆定律 2 掌握测量伏安特性的基本方法 3 学会直流电源 电压表 电流表 电阻箱等仪器的正确使用方法 实验原理 1 电学元件的伏安特性 在某一电学元件两端加上直流电压 在元件内就会有电流通过 通过元件的电流与 端电压之间的关系称为电学元件的伏安特性 在欧姆定律式中 电压的单位RIU U 为伏特 电流的单位为安培 电阻的单位为欧姆 一般以电压为横坐标和电流为纵IR 坐标作出元件的电压 电流关系曲线 称为该元件的伏安特性曲线 对于碳膜电阻 金属膜电阻 线绕电阻等电学元件 在通常情况下 通过元件的电流与 加在元件两端的电压成正比关系变化 即其伏安特性曲线为一直线 这类元件称为线性 元件 如图 1 所示 至于半导体二极管 稳压管等元件 通过元件的电流与加在元件两 端的电压不成线性关系变化 其伏安特性为一曲线 这类元件称为非线性元件 如图 2 所示为某非线性元件的伏安特性 在设计测量电学元件伏安特性的线路时 必须了解待测元件的规格 使加在它上面 的电压和通过的电流均不超过额定值 此外 还必须了解测量时所需其它仪器的规格 如电源 电压表 电流表 滑线变阻器等的规格 也不得超过其量程或使用范围 根 据这些条件所设计的线路 可以将测量误差减到最小 2 实验线路的比较与选择 在测量电阻的伏安特性的线路中 常有两种接法 即图 3 a 中电流表内接法和R 3 图 3 b 中电流表外接法 电压表和电流表都有一定的内阻 分别设为和 简 V R A R 化处理时直接用电压表读数除以电流表读数 来得到被测电阻值 即 这UIRI UR 样会引进一定的系统性误差 当电流表内接时 电压表读数比电阻端电压值大 即有 A R I U R 1 当电流表外接时 电流表读数比电阻中流过的电流大 这时应有 R V R 1 U I R 1 2 在 1 式和 2 式中 和分别代表安培表和伏特表的内阻 比较电流表的 A R V R 内接法和外接法 显然 如果简单地用值作为被测电阻值 电流表内接法的结果偏 I U 大 而电流表外接法的结果偏小 都有一定的系统性误差 在需要作这样简化处理的实 验场合 为了减少上述系统性误差 测量电阻的线路方案可以粗略地按下列办法来选择 1 当 且较大得不多时 宜选用电流表外接 V RR R A R 2 当 且和相差不多时 宜选用电流表内接 A RR R V R 3 当 且时 则必须先用电流表内接法和外接法测量 然后再比 A RR V RR 较电流表的读数变化大还是电压表的读数变化大 根据比较结果再决定采用内接法还是 外接法 具体方法见本实验的实验内容第 2 点的第 3 小点 如果要得到待测电阻的准确值 则必须测出电表内阻并按 1 和 2 式进行修正 本 实验不进行这种修正 实验仪器 型电阻元件特性实验仪一台 测试元件 专用连接线等 321FBAV 实验内容 4 1 测定线性电阻的伏安特性 并作出伏安特性曲线 从图上求出电阻值 测定线性电阻的伏安特性 并作出伏安特性曲线 从图上求出电阻值 1 按图 4 接线 其中 电阻 k1R 2 依此选择电源的输出电压档为 电流表和电压表的量程分别为和V10mA20 分压输出滑动端置于端 为什么 注意本实验中端皆指接于电源负极的公V20CBB 共端 然后自己复核电路无误后 请教师检查 3 选择测量线路 按图 4a 连接线路并合上 调节分压输出滑动端使电压表 1 KC 可设置电压值 和电流表有一合适的指示值 记下这时的电压值和电V00 2 U1 1 U 流值 然后 再按图 4b 连接线路并合上 调节分压输出滑动端 使电压表值不变 1 I 1 KC 记下和 将 与 进行比较 若电流表示值有显著变化 增大 2 U 2 I 1 U 1 I 2 U 2 I 便为高阻 相对电流表内阻而言 则采用电流表内接法 若电压表有显著变化 减小 R 即为低阻 相对电压表内阻而言 则采用电流表外接法 按照系统误差较小的联接方R 式接通电路 即确定电流表内接还是外接 但若无论电流表内接还是外接 电流表示值 和电压表示值均没有显著变化 则采用任何一种联接方式均可 为什么会产生这样的现 象 4 选定测量线路后 取合适的电压变化值 如变化范围 变化步长V00 10 00 3 为 改变电压测量8 个测量点 将对应的电压与电流值列表记录 以便作图 V00 1 2 测定二极管正向伏安特性 并画出伏安特性曲线 测定二极管正向伏安特性 并画出伏安特性曲线 1 连联线前 先记录所用晶体管型号和主要参数 即最大正向电流和最大反向电压 然后用万用表欧姆档测量其正反向阻值 从而判断晶体二级管的正负极 万用表处于 欧姆档时 负笔为正电位 正笔为负电位 指针式 数字式则相反 想一想如何利用它判别二极管的正负极 还有其它判别二极管极性的办法吗 在本实验中 我们实际上可以直接根据在二极管元件上的标志来判断其正反向 正 负极 的 5 2 测量晶体二极管正向特性 因为二极管正向电阻小 可用图 5 所示的电路 图中为保护电阻 用以限 100R 制电流 避免电压到达二极管的正向导通电压值时 电流太大 损坏二极管或电流表 接 通电源前应调节电源使其输出电压为左右 并将分压输出滑动端置于端 这EV3CB 与图 4 是一样的 然后缓慢增加电压 如取 到电流V00 0 V10 0 V20 0 变化大的地方 如硅管约可适当减小测量间隔 读出相应电流值 将数据记V8 0 6 0 入相应表格 最后关断电源 此实验硅管电压范围在以内 电流应小于最大正向额V0 1 定电流 可据此选用电表量程 表格上方应注明各电表量程及相应误差 数据与结果 1 线性电阻伏安特性的测定 测量线路的选择及误差分析 电压表准确度等级 量程 K V Um 电流表准确度等级 量程 K A Im 1 U 1 I 1 1 1 I U R 1 R R 1 1 R1 R 电流表内接 2 U 2 I 2 2 2 I U R 2 R R 2 2 R2 R 电流表外接 上表中的计算公式如下 IUR 2 I 2 UR IUR 为测得值 U U K mU 6 为测得值 I I K mI 由此可见 使电表读数尽可能接近满量程时 测量电阻的准确度高 将 与 进行直接比较 可以确定电流表内接还是外接 本实验可以作 1 U 1 I 2 U 2 I 进一步分析 2 电阻伏安特性测定 测量序数 12345678 V U mA I 数据处理要求 数据处理要求 a 按上表数据进行等精度作图 复习等精度作图规则 以自变量为横坐标 应U 变量 为纵坐标 且据等精度原则选取作图比例尺 例如电压表准确度 I5 0K 则 即测量的电压值中小数点后第一位 十分位 V10Um V05 0 5 010U 是可信值 而百分位为可疑数 故作图时横轴的比例尺应为 同理 可定出V1 0mm1 纵轴代表多少 mm1mA b 从图上求电阻值 在图上选取两点和 不要选与测量数据相IU RIU AB 同的点 且 点尽可能相距远一些 请思考为什么 由下式求出值 ABR AB AB II UU R 3 二极管正 反向伏安特性曲线测定 测量序数 12345678 V U mA I 数据处理要求 数据处理要求 按上表数据进行等精度作图 画出二极管正向伏安特性曲线 思考题 1 电流表或电压表面板上的符号各代表什么意义 电表的准确度等级是怎样定义的 怎样确定电表读数的示值误差和读数的有效数字 7 2 滑线变阻器在电路中主要有几种基本接法 它们的功能分别是什么 在图 4 和图 6 的线路中滑线变阻器各起什么作用 在图 6 中 当滑动端移至或时 电压表读数CAB 的变化与图 4 中移动点时的变化是否相同 C 3 级的电压表表面共有 60 分格 如以为单位 它的读数应读到小数点5 1V3 0V 后第几位 级的毫安表表面共有 50 分格 如以为单位 它的读数又5 2mA10 0mA 应读到小数点后第几位 4 有一个级 量限为的电流表 它的最小分度值一般应是多少 最大绝5 0mA100 对误差是多少 当读数为 此时的相对误差是多少 若电表还有的量mA 0 50mA200 程 上列各项分别是多少 5 用量程为的电压表和的电流表测量额定电压V15 5 7 0 3 5 1mA1000 500 50 为 额定电流为的小电珠的伏安特性 电压表和电流表应选哪一量程 若V3 6mA300 欲测另一额定电压力为的小电珠 额定电流不知道 这时电压表和电流表的量程如V12 何选取 6 提供下列仪表 可调直流稳压电源 滑线变阻器及V6 0 A2 100R0 各一只 级多量程电流表 级多量程电压表 待测电阻一只 待校 A5 0 k1 5 05 0 级电压表一只 已知电表内阻5 1 量程75 30 15 5 7 mA 内阻4 0 26 1 31 2 43 3 RA 量程15 5 7 3 V 内阻 V 500 RV 1 设计一个伏安法测电阻的控制电路 待测电阻 电流表内接 电流调节范 200 围 画出电路 并注明电路中各元件的参数 mA30 20 2 设计一个校正电压表的控制电路 待校表量程 内阻 画出电路 并V5 k50 注明电路中各元件的参数 FB321FB321 型电阻元件型电阻元件 V AV A 特性实验仪使用说明书特性实验仪使用说明书 一 实验仪概述一 实验仪概述 本实验仪由直流稳压电源 可变电阻器 电流表 电压表及被测元件等五部分组成 电压表和电流表采用四位半数显表头 可以独立完成对线性电阻元件 半导体二极管 钨丝灯泡等电学元件的伏安特性测量 必须合理配接电压表和电流表 才能使测量误差 最小 这样可使初学者在实验方案设计中 得到锻炼 二 直流稳压电源技术指标二 直流稳压电源技术指标 1 输出电压 两档 连续可调 V2 0V10 0 电流表 电压表 8 2 负载电流 mA200 0 3 输出电压稳定性 优于小时1 101 4 4 输出波纹 mVrms1 5 负载稳定性 优于 3 101 6 输出设有短路和过流保护电路 输出电流 mA200 7 输出电压调节 分粗调 细调 配合使用 8 输入电源 耗电 Hz50 10V220 W20 三 电阻箱结构和技术指标 三 电阻箱结构和技术指标 1 整机结构 可变电阻箱由三位可变电阻开关盘 10 10 0 100 10 0 k1 10 0 构成 如图 7 2 技术指标 1 电阻变化范围 最小步进量 100 11 0 10 2 电阻的功耗值 W5 0 k1 10 1 W1 100 10 1 W5 10 10 1 3 使用说明 1 作变阻器使用 号和号端之间电阻等于三个位电阻盘电阻值之和 电阻值为 最小02 100 11 0 步进值为 号和 号端子间电阻值为最小步进量 号和号端 1001 1100 0 1012 子间电阻值为步进量 k10 0 k1 2 构成分压器 9 当电源正极接于号端子 负极接于号端子 从号端 号端子上获得电源电压的2001 分压输出 由电压表显示出分电压值 其接线图见图 8 由图得 8 210 10 O RRR RR Eu 式中 分压电压输出值 电源电压 0 UE 是电阻盘示值电阻 可由电阻盘旋钮调节阻值 2 R k1 电阻盘总电阻 01 RR 10100 与 1100 四 电压表 四 电压表 1 满量程电压 V20 量程变换由调节转换开关完成 V2 2 表头最大显示 19999 3 各量程内阻值 见表 1 表 1 电压表量程V2V20 电压表内阻 M1 M10 五 电流表 五 电流表 表头参数 1 满量程电流 量程变换由调节转换开关完成 mA2mA20mA200 2 各量程内阻 见表 2 3 表头最大显示 19999 表 2 电流表量程mA2mA20mA200 电流表内阻 100 10 1 10 六 被测元件 六 被测元件 1 仪器设计时 被测元件采用标准化插件方式接入仪器 使用和更换待测元件十分便 利 而且用户可根据实验需要增加测试内容 随机测件参数 1 电阻器 安全电压 5102 WRJV20 2 电阻器 安全电压 5105 0 kWRJV10 3 二极管 由 NPN9013 型三极管作二极管使用 最高反向峰值电压 10V 正向最 大电流 0 2A 正向压降 0 8V 4 稳压管二极管 稳定电压 最大工作电流 工作电流4735N1V2 6mA35 时动态电阻为 正向压降 mA5 20V1 5 钨丝灯泡 冷态电阻为左右 室温下 时热态电阻左右 10A1 0 V12 80 安全电压 V13 2 被测元件使用说明 1 稳压二极管和普通二极管的正向特性大致相