@FB321伏安特性试验讲义

1、电学元件的伏安特性测量(FB321型电阻元他-A特性实验仪实验讲义杭州精科仪器有限公司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

2、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U=IR式中，电压U的单位为伏特，电流I的单位为安培，电阻R的单位为欧姆。一般以电压为横坐标和电流为纵坐标作出元件的电压一电流关系曲线，称为该元件的伏安特性曲线。图1线性元件的伏安特性图工非线性元件的伏安特性对于碳膜电阻、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

3、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R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RV和RA)。简化处理时直接用电压表读数U除以电流表读数I来得到被测电阻值R,即R=U/I,这样会引进一定的系统性误差。当电流表内接时，电压表读

4、数比电阻端电压值大，即有：(1)当电流表外接时，电流表读数比电阻R中流过的电流大，这时应有:1_±R-URvORQra电流表内接b电流表外接图3电表的内、外接线路图(2)在(1)式和(2)式中，Ra和Rv分别代表安培表和伏特表的内阻。比较电流表的内接法和外接法，显然，如果简单地用u4值作为被测电阻值，电流表内接法的结果偏大,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R«Rv，且R较Ra大得不多时，宜选用电流表外接；(2)当R»Ra，且R和Rv相差不多

5、时，宜选用电流表内接；(3)当R»Ra，且R<<Rv时，则必须先用电流表内接法和外接法测量，然后再比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】FB321型电阻元件V-A特性实验仪一台（测试元件、专用连接线等）【实验内容】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a电表的内接b电表的外接（1）按图图4判断电流表的内.外接线路（2）依此选择电源的输出电压档

6、为10V,电流表和电压表的量程分别为20mA和20V,分压输出滑动端C置于B端（为什么？注意本实验中B端皆指接于电源负极的公共端）。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K1，调节分压输出滑动端C使电压表（可设置电压值U=2.00V）和电流表有一合适的指示值，记下这时的电压值U1和电流值I-然后，再按图4b连接线路并合上K1,调节分压输出滑动端C使电压表值不变，记下U2和I2。将U1、I1与U2、I2进行比较，若电流表示值有显著变化（增大），R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），

7、则采用电流表外接法。按照系统误差较小的联接方式接通电路（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3.0010.00V,变化步长为1.00V）,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。2 .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

8、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。（2）测量晶体二极管正向特性:图5测量二极管正向特性电路与实验接线图因为二极管正向电阻小，可用图5所示的电路，图中R=10QQ为保护电阻，用以限制电流。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E使其输出电压为3V左右，并将分压输出滑动端C置于B端（这与图4是一样的）。然后缓慢增加电压，如取0.00V、0.10V、0.20V、（到电流变化大的地方，如硅管约0.60.8V

9、可适当减小测量间隔），读出相应电流值，将数据记入相应表格。最后关断电源（此实验硅管电压范围在1.0V以内，电流应小于最大正向额定电流，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K=，量程UmV电流表准确度等级K=，量程1mA电流表内接U1I1R.U1Ii品1RiRi土R1电流表外接U212R2I2R2R2r2±aR22R2上表中Ar,&u,4的计算公式如下:u=K%Um,U为测得值;I=K%Im,I为测得值。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U1、I1

10、与U2、I2进行直接比较，可以确定电流表内接还是外接。本实验可以作进一步分析。(2)电阻伏安特性测定测量序数12345678U(V)I(mA)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U为横坐标，应变量I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K=0.5,Um=10V,则AU=10x0.5%=0.05V,即测量的电压值中小数点后第一位(十分位)是可信值，而百分位为可疑数，故作图时横轴的比例尺应为1mm=0.1V。同理，可定出纵轴1mm代表多少mA。(b)从U-I图上求电阻R值。在U-I图上选取两点A和B(不要选与测量数据相同的点，且A、B点尽可

11、能相距远一些，请思考为什么？)，由下式求出R值。UBUAR二IB-IA(3)二极管正、反向伏安特性曲线测定:测量序数12345678U(V)I(mA)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？图6变阻器的眼流接法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C移至A或B时，电压表读数的变化与图4中移动C点时的变化是否相同？3 .1.5级03V的电压表表面共有

12、60分格，如以V为单位，它的读数应读到小数点后第几位？2.5级010mA的毫安表表面共有50分格，如以mA为单位，它的读数又应读到小数点后第几位？4 .有一个0.5级、量限为100mA的电流表，它的最小分度值一般应是多少？最大绝对误差是多少？当读数为50.0mA,此时的相对误差是多少？若电表还有200mA的量程，上列各项分别是多少？5 .用量程为1.5/3.0/7.5/15V的电压表和50/500/1000mA的电流表测量额定电压为6.3V,额定电流为300mA的小电珠的伏安特性，电压表和电流表应选哪一量程？若欲测另一额定电压力为12V的小电珠，额定电流不知道，这时电压表和电流表的量程如何选取

13、？6.提供下列仪表：06V可调直流稳压电源；滑线变阻器R0=100建(2A)及1kC(0.5A)各一只；0.5级多量程电流表；0.5级多量程电压表；待测电阻一只；待校1.5级电压表一只。已知电表内阻电流表一量程(mA)L内阻Ra(Q)电压表量程(V)L内阻RV(Q)7.5153.432.3137.5500"V30751.260.415(1)设计一个伏安法测电阻的控制电路，待测电阻200Q,电流表内接，电流调节范围2030mA，画出电路，并注明电路中各元件的参数。(2)设计一个校正电压表的控制电路，待校表量程5V,内阻50kC,画出电路，并注明电路中各元件的参数。FB321型电阻元件V

14、-A特性实验仪使用说明书一.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、鸨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。2 .直流稳压电源技术指标1 .输出电压：02V、010V两档(连续可调)72 .负载电流：0200mA3,输出电压稳定性：优于110工/1小时4 .输出波纹：<ImVrms35 .负载稳定性：优于1M106 .输出设有短路和过流保护电路，输出电流<200mA7 .输出电压调

15、节：分粗调、细调、配合使用8 .输入电源：220V_10%,50Hz，耗电w20W3 .电阻箱结构和技术指标：1 .整机结构：可变电阻箱由(0-10)x1kQ,(010)x100。，(010)x10C三位可变电阻开关盘构成，如图72 .技术指标：图7FR321型电阻元件伏安特性实验馍面板图(1)电阻变化范围：011,100。，最小步进量10C;(2)电阻的功耗值：(110)M1kQ0.5W;(1-10)X100Q,1W;(1-10)10：5W。3 .使用说明：(1)作变阻器使用：0号和2号端之间电阻等于三个位电阻盘电阻值之和，电阻值为011,100建，最小步进值为10C;0号和1号端子间电阻值

16、为0110QQ最小步进量10Q;1号和2号端子间电阻值为010kC步进量1kC。(2)构成分压器：图8FE321型实险仪分压电路接法(电压表指示分电压)当电源正极接于2号端子，负极接于0号端子，从0号端1号端子上获得电源电压的分压输出，由电压表显示出分电压值。其接线图见图8。由图8得uo二E.RoRiR2式中Uo一分压电压输出值，E电源电压，R2:是MikG电阻盘示值电阻，可由电阻盘旋钮调节阻值；Ri+R0：父100c与父10夏电阻盘总电阻，"100C；四.电压表：(1)满量程电压：2V、20V,量程变换由调节转换开关完成。(2)表头最大显示：19999(3)各量程内阻值：见表1表1

17、电压表量程2V20V电压表内阻1MC10MC五.电流表：表头参数：(1)满量程电流：2mA、20mA、200mA，量程变换由调节转换开关完成。(2)各量程内阻：见表2(3)表头最大显示：19999表2电流表量程2mA20mA200mA电流表内阻1000100P9六.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：RJ-2W-10Q±5%,安全电压：20V;(2)电阻器：RJ-0.5W-10kQ±5%,安全电压：10V;(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w0.2A(正向压降0.8V)(4)稳压管二极管：1N4735：稳定电压6.2V,最大工作电流35mA,工作电流5mA时动态电阻为20Q,正向压降w1V。(5)鸨丝灯泡：冷态电阻为10c左右(室温下)，12V,0.1A时热态电阻80Q左右，安全电压w13V。2 .被测元件使用说明：(1)稳压二极管和普通二极管的正向