电学元件伏安特性的测量

实验8电学元件伏安特性的测量制作：潘传芳1.掌握电学元件伏安特性测量的基本方法。2.学会分析伏安法测量的电表接入误差，正确选择测量电路。3.学会正确使用电学测量仪器目的要求

电学元件的伏安特性是指该元件两端电压与通过它的电流之间的关系特性。这种关系既可以用它的曲线表示，也可以用该元件在某种条件下具有多大的电阻来表示。

在一定温度下，在待测电阻两端加上直流电压，即会有直流电流通过。用电压表和电流表测量出电压和电流的数值则可由欧姆定律计算出其电阻值一、基本原理(8-1)实验原理

这种测量电阻的方法称为伏安法。用伏安法测电阻时，通常要测多组数据，若为常量则被测元件是线性电阻；若不是常量，则被测元件呈非线性电阻特性。二、测量方法及其系统误差

由于电压表和电流表都存在内电阻所以在实际测量中所得的电压或电流就与被测元件两端的电压或与通过它的电流的真实值不同，由式(8-1)计算出的也就与的真实值不一致，即存在系统误差。下面对两种测量方法及其系统误差进行分析。1.电流表内接法

如图8-1(a)，电流表与被测电阻串联在电压表所范围内，此种测量方法称为电流表内接法，简称内接法。VVAA图8-1(a)电流表内接法(b)电流表外接法在内接法中，电压表读数为和上的电压之和，即若用则计算电阻值，则>其测量的相对误差为(8-2)

由式(8-2)可见，只有当时，近似用，才能使测量误差较小。

2.电流表外接法

如图8-1(b)，电压表与被测电阻并联，电流表在电压表所测范围外，此种测量方法称为电流表外接法，简称外接法。在外接法中，电压表读数为两端的内电压，但电流表读数为流经和的电流之和，即若用计算电阻值，则其测量的相对误差为<(8-3)

由式(8-3)可见，只有当时，近似用，才能使测量误差较小。

因此，要较准确地测量电阻的值，应首先知道、、的大概值，从而选择合适的测量电路，以减小测量的系统误差。二极管的结构及其基本特性

二极管由半导体材料组成。当一块P型半导体和型半导体，紧密接触时，由于多数载流子的扩散，在接触界面处形成了一个空间电荷区，常称为PN结，如图8-2(a)所示(实际上是在同一块半导体上用掺杂的方法形成P型半导体和N型半导体)。将PN结封装在玻璃管中并在P区和N区各引一根电极，就成了一个二极管，如图8-2(b)。图8-2P区N区PN结(a)(b)当二极管的P端接高电位、N端接低电位时，称为正向连接；当二极管的P端接低电位、N端接高电位时，称为反向连接。二极管正向连接时，外加电场的方向与PN结的内电场方向相反，当外加电场大于内电场时，二极管中有较大的正向电流通过。二极管反向连接时，外加电场的方向与PN结的内电场方向相同，二极管中没有电流通过(实际上有很小的反向饱和电流)，这就是二极管的“正向导通，反向截止”。将二极管正向连接，在电压很小时，电流很小，甚至是几乎没有，这是因为PN结的内电场有一定的值，它起着反抗外电场的作用。虽然随着电压的增加电流也增加，但它们之间不成线性关系，即二极管的正向电阻不是一个常量，而是随正向电压的大小在较大范围变化；只有当电压达到某一值以后，才表现为电流和电压近似为线性关系。图8-3为二极管的正向伏安特性曲线。0

同样地，要较准确地测量二极管的正向伏安特性曲线，也要选择合适的测量电路，以减小测量的系统误差。图8-3实验器材

电源E、开关K、滑线变阻器、电流表mA

、电压表V

、待测线性电阻、、待测二极管。实验内容及步骤

1.实验内容：对和分别按图8-4(a)、8-4(b)的电路用内接法和外接法进行测量；对二极管按图8-4(c)测量。

2.实验步骤：

(1)按图接线。注意各仪器及元件的正确连接线路，将滑线变阻器、电流表、电压表调在合适档位，经指导教师检查后开始实验。

(2)对和分别按图8-4(a)、8-4(b)的电路用内接法和外接法进行测量，并将测量结果记录于表8-1----8-4中。

(3)按图8-4(c)对二极管用内接法测量，并将测量结果记录于表8-5中。VAEKVAEK图8-4(a)图8-4(b)VAEK图8-4(c)*注意事项

1.测电阻时要合理计划测量点，即8次测量中电压(或电流)间隔大致均等且尽可能地在最大电压(或电流)范围内均等划分；

2.为了能使电阻值的计算快捷，测量过程中可先调整电流为整数；

3.测量二极管时必须从低电压开始，电压间隔为0.1V。测量次数n12……8(V)

(mA)

的外接法测量数据测量次数n12……8(V)

(mA)

的内接法测量数据测量次数n12……10(V)