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《電學元件伏安特性研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、.中國石油大學（華東）現(xiàn)代遠程教育實驗報告課程名稱：大學物理(二)實驗名稱：電學元件伏安特性研究實驗形式：在線模擬+現(xiàn)場實踐提交形式：提交書面實驗報告學生姓名：學號：年級專業(yè)層次：網(wǎng)絡秋高起專學習中心：習中心...提交時間：2014年4月26日一、實驗目的1．學會測繪未知物理量之間的關系曲線。2．學會建立經(jīng)驗公式的基本方法。3．學習正確選用測量電路來減小系統(tǒng)誤差的方法。4．掌握測量電學元件伏安特性的基本方法，測繪金屬膜電阻、半導體二極管和小燈泡的伏安特性曲線。二、實驗原理1．線性元件與非線性元件 通過電學元件的電流與兩端電壓之間的關系稱為電
2、學元件的伏安特性。一般以電壓為橫坐標、電流為縱坐標作出元件的電壓～電流關系曲線，稱為伏安特性曲線，如圖1所示。伏安特性曲線為直線的元件稱為線性元件，如碳膜電阻、金屬膜電阻、繞線電阻等一般電阻元件；伏安特性曲線為非直線的元件稱為非線性元件，如二極管、三極管、光敏電阻、熱敏電阻等。從伏安特性曲線遵循的規(guī)律，可以得知元件的導電特性，從而確定元件在電路中的作用。這種通過測量伏安特性曲線研究元件特性的方法稱為伏安法，主要用于非線性元件特性的研究。圖1 伏安特性曲線 當一個元件兩端加上電壓、元件內(nèi)有電流通過時，電壓與電流之比稱為元件電阻。線性元件和非線
3、性元件的電阻不同。線性元件的伏安特性曲線是一條直線，通過元件的電流I與加在元件兩端的電壓U成正比，電阻R為一定值，即。非線性元件的伏安特性曲線不是一條直線，通過元件的電流I與加在元件兩端的電壓U不成線性關系變化，電阻隨電壓或電流的變化而變化。因此，分析非線性元件的電阻必須指出其工作狀態(tài)（電壓或電流）。對于非線性元件，電阻可以用靜態(tài)電阻和動態(tài)電阻兩種方法表示，靜態(tài)電阻（也稱直流電阻）等于工作點的電壓和電流之比；動態(tài)電阻（也稱特性電阻）等于工作點附件的電壓改變量和電流改變量之比，即工作點切線的斜率。如圖1所示，工作點Q的靜態(tài)電阻為...
4、 ??????????????????????????????????????? （1） 動態(tài)電阻為 ????????????????????????????（2） 顯然，非線性元件的電阻是工作狀態(tài)的函數(shù)。2．二極管的伏安特性 半導體二極管根據(jù)所用材料的不同可分為硅二極管和鍺二極管等。二極管最重要的導電特性就是PN結的單向?qū)щ娦?。當外加正向電壓時，二極管呈現(xiàn)的電阻值很小，能夠通過很大的電流。當外加反向電壓時，二極管所呈現(xiàn)的電阻則很大，流過的電流卻很小。二極管的電流隨電壓變化的規(guī)律常用伏安特性曲線描述，某種二極管的伏
5、安特性曲線如圖2所示。在二極管的正端接高電位、負端接低電位（正向接法）的條件下，兩端電壓不到1V時，電流就可達400mA。在二極管的負端接高電位、正端接低電位（反向接法）條件下，兩端電壓小于100V時，反向電流很?。坏妷撼^110V時，反向電流就會急劇增加。根據(jù)二極管正向電流和正向電壓的對應關系作圖，就可以得到正向伏安特性曲線；根據(jù)二極管反向電流和反向電壓的對應關系作圖，就可以得到反向伏安特性曲線。圖2 某種二極管的伏安特性曲線 由伏安特性曲線可以看出，當二極管為正向接法時，隨著電壓U的逐漸增加，電流I也增加。但是，在開始一段，由于外加電
6、壓很低，PN結的內(nèi)電場對載流子的運動仍起阻擋作用，基本上沒有電流流過PN結，這一段稱為死區(qū)。硅管的死區(qū)電壓約0～0.5V之間，鍺管的約為0～0.2V之間。當外加電壓U...超過死區(qū)電壓以后，電流隨電壓的上升就增加得很快，但電流和電壓并不成正比。 當二極管反向接法時，只能有少數(shù)載流子形成反向電流，電流值很小，一般硅管反向電流小于幾十微安，鍺管小于幾百微安。由于載流子數(shù)量少，所以電流值基本上不隨反向電壓變化而變化。但是，當反向電壓增加到一定數(shù)值時，外電場將把半導體內(nèi)被束縛的電子強行拉出來，造成反向電流突然增加，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。對于普通二極
7、管，反向擊穿可導致管子發(fā)熱被燒毀，這是由于普通二極管最大耗散功率不夠，無法在反向擊穿區(qū)工作。穩(wěn)壓二極管一般能承受較大的工作電流和耗散功率，可以工作在反向擊穿區(qū)?！ ?CW型硅穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線如圖3所示。當反向電壓加到A點時，管子開始擊穿，如果進一步增加輸入電壓，則穩(wěn)壓管兩端的電壓幾乎不再增加，只是反向電流從A點增到B點達到C點，因此起到了穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓二極管在反向擊穿區(qū)工作時，只要不超過最大工作電流和最大耗散功率，一般是不會燒毀的。圖3 2CW型硅穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線3．伏安特性的測量 用伏安法測量元件的伏安特性時，常有兩種電路
8、連接方法，分別是電流表內(nèi)接法和電流表外接法，如圖4所示。簡化處理時直接采用電壓表讀數(shù)U和電流表讀數(shù)I之比得出被測元件電阻R，由于電壓表和電流表都有一定的內(nèi)阻，所以無
