实验一电路元件的伏安特性测试(共5页)

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1、实验电路元件的伏安特性测试—、实验目的1.了解线性电阻与非线性电阻伏安特性的差别。2.掌扼独立电源伏安特性的测fi方法，加深对电止源、电流源特性的认识。3.掌握交直流稳压电源、台式数字万用表的使用方法。4.练习实验曲线的绘制。二、实验原理简述任何一个二端元件的特性可用该元件_卜.的端电压u与通过该元件的电流i之间的函数关系=來表示，即用平而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.无源器件（1）线性电阻器足理想元件，在任何时刻它两端的电压与艽电流的关系服从欧姆定律。线性电阻器的伏安特性曲线是一条通

2、过坐标原点的直线，如图1.1屮（a）曲线所示，该直线的斜率等于该电附器的电m值。在一定的条件不，金属膜电叽器、绕线电阳.器等的伏安特性近似为一直线。（2）非线性电阻器元件的伏安特性不是一条直线，它在平面上的特性曲线各不相同，下图所示的分别足钨丝电阻灯泡1.1（b）、稳压管1.1（c）、普通二极管1.1（d）的特性曲线。另外，如光敏电阻、气敏电阻、湿敏电阯、压敏屯阻等也是II:线性屯阻器。由于它们的特性各异，被广泛应用在工程检测、电路保护和控制电路中。图1.1无源器件的伏安特性曲线一般的白炽灯在工作时灯丝处于窈温状

3、态时，K灯丝电阻随着温度的升高而增人，通过白炽灯的电流越大，其温度越高,阻值也越人，—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阁1.1中（b）曲线所示。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，但其反向特忡较特别，如图1.1屮（C）Ilh线所示。在反昀电压开始增加吋，其反昀电流儿乎为零，促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）电流将突然增加,以r；•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。一般的半导体二极管是一个

4、非线性电阻元件，其特性如罔l.i中（d）曲线所示。正向压降很小（一般的锗管约为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骤上升，而反叫电压从零一直增加到十多至儿十伏吋，其反14电流增加很小，粗略地可视为零。可见，二极管具冇单向导电性，但反向电压加得过高，超过管了的极限值，则会导致管子击穿损坏。1.有源器件图1.2电源器件的伏安特性有源器件是能够输出电能的装置，发电机、电池是典型的有源器件。其特性讨用该器件的端电压与输出电流之间函数关系(7=/(/)來表示，将此关系绘制成(7-/平而

5、上的一条曲线，即为该器件的“伏安关系曲线”(或称外特性曲线)。图1.2为某一电源的外特性曲线。其特点是：在0〜/A段随着电流的增加，端电压直线下降，过了以后，电压急剧下降。OIaIbIs下而，研究该有源器件的模型。如果我们只考虑工作于0〜^范围内，此电压伏安关系特性用数学公式表示为一直线，即：U=US-RSI(1)该电源器件4:0〜＜4段丄作时的电路模型如阁1.3b,即为电压源与电阻的中联组合。~为图1.3电源器件的电压源、电阻串联电路模型如果工作于〜/fi范围，图1.2中段不是直线，而是弯曲的，若仍用阁1.3b

6、的电路模型，则不是常数，即6肌随着输出电流而改变。如果工作于人电流，即〜乙范W,图1.2中的段可近似看作一直线，此段直线的数学表示式可写为:(2)l=h-GsU在〜/s范围内，该电源器件的电路模型如阁1.4b所示，即为电流源与电导并联组合电流源电流为G5.,显然Gs之值由直线与纵轴的夾角夕的正切确定。(a)(b)图1.4电源器件的电流源、电导并联电路模型OIbIsI=0时的电源器件称为“恒压源”(即理想电压源)，艽特性曲线与横轴/平行。Gs=0(U

7、JRs=oo)的电源器件称为“恒流源’’(即理想电流源)，其特性

8、曲线与纵轴［/平行。可见，同一电源器件，不同的工作范围，所用的电路模型不同。三、实验仪器设备及元器件1.H流稳灰电源2.直流毫安表3.万用表4.电阻元件、钨丝白炽灯、半导体二极管四、预习及思考1.预习关于电阻元件伏安特性关系、电压源与电流源的外特性等内界。2.对实验电路的理论值进行分析与计算。五、实验内容与要求1.线性电阻的伏安特性图1.5电源器件的电流源、电导并联电路模型选取阻值为300Q的电阻R，按图1.5接线。阁中Us用可调节的稳压电源，按照表1.1的数裾，测量不同电压情况下电流大小，完成u表格内祚，并在平

9、标纸上绘出其伏安特性曲’.线。表1.1U(V)6810121416182022I(mA)kJ/l1.钨丝0炽灯的伏安特性将图1.5中的电阻换成12V的內炽灯泡。完成表格1.2的内界卯绘制相关伏安特性曲线。U(V)124681012I(mA)U/I4限流电阻200^表1.23.半异体二极管的伏安特性按图1.6接线，限流电阻为200Q，注意以下两种情况二极管VD的极性。(1)