電學(xué)元件伏安特性研究方案

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1、中國(guó)石油大學(xué)（華東）現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：大學(xué)物理(二)實(shí)驗(yàn)名稱：電學(xué)元件伏安特性研究實(shí)驗(yàn)形式：在線模擬+現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐提交形式：提交書(shū)面實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：年級(jí)專業(yè)層次：網(wǎng)絡(luò)秋高起專學(xué)習(xí)中心：習(xí)中心提交時(shí)間：2014年4月26日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．學(xué)會(huì)測(cè)繪未知物理量之間的關(guān)系曲線。2．學(xué)會(huì)建立經(jīng)驗(yàn)公式的基本方法。3．學(xué)習(xí)正確選用測(cè)量電路來(lái)減小系統(tǒng)誤差的方法。4．掌握測(cè)量電學(xué)元件伏安特性的基本方法，測(cè)繪金屬膜電阻、半導(dǎo)體二極管和小燈泡的伏安特性曲線。二、實(shí)驗(yàn)原理1．線性元件與非線性元件　　通過(guò)電學(xué)元件的電流與兩端電壓之間的關(guān)系稱為電學(xué)元件的伏安特性。一般以電壓為橫

2、坐標(biāo)、電流為縱坐標(biāo)作出元件的電壓～電流關(guān)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(dǎo)電特性，從而確定元件在電路中的作用。這種通過(guò)測(cè)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(dāng)一個(gè)元件兩端加上電壓、元件內(nèi)有電流通過(guò)時(shí)，電壓與電流之比稱為元件電阻。線性元件和非線性元件的電阻不同。線性元件的伏安特性曲線是一條直線，通過(guò)

3、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(guò)元件的電流I與加在元件兩端的電壓U不成線性關(guān)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(duì)于非線性元件，電阻可以用靜態(tài)電阻和動(dòng)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(diǎn)的電壓和電流之比；動(dòng)態(tài)電阻（也稱特性電阻）等于工作點(diǎn)附件的電壓改變量和電流改變量之比，即工作點(diǎn)切線的斜率。如圖1所示，工作點(diǎn)Q的靜態(tài)電阻為　　　　　　　　???????????????????????????????????????　

4、　?。?）　　動(dòng)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(dǎo)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(dǎo)電特性就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。?dāng)外加正向電壓時(shí)，二極管呈現(xiàn)的電阻值很小，能夠通過(guò)很大的電流。當(dāng)外加反向電壓時(shí)，二極管所呈現(xiàn)的電阻則很大，流過(guò)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，某種二極管的伏安特性曲線如圖2所示。在二極管的正端接高電位、負(fù)端接低電位（正向接法）的條件下，兩端電壓不到1V時(shí)，電流就可達(dá)

5、400mA。在二極管的負(fù)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(shí)，反向電流很?。坏妷撼^(guò)110V時(shí)，反向電流就會(huì)急劇增加。根據(jù)二極管正向電流和正向電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)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(duì)應(yīng)關(guān)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(dāng)二極管為正向接法時(shí)，隨著電壓U的逐漸增加，電流I也增加。但是，在開(kāi)始一段，由于外加電壓很低，PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)對(duì)載流子的運(yùn)動(dòng)仍起阻擋作用，基本上沒(méi)有電流流過(guò)PN結(jié)，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

6、為0～0.2V之間。當(dāng)外加電壓U超過(guò)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(dāng)二極管反向接法時(shí)，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(dāng)反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，外電場(chǎng)將把半導(dǎo)體內(nèi)被束縛的電子強(qiáng)行拉出來(lái)，造成反向電流突然增加，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。對(duì)于普通二極管，反向擊穿可導(dǎo)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(wú)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)。　　

7、2CW型硅穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線如圖3所示。當(dāng)反向電壓加到A點(diǎn)時(shí)，管子開(kāi)始擊穿，如果進(jìn)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(diǎn)增到B點(diǎn)達(dá)到C點(diǎn)，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(shí)，只要不超過(guò)最大工作電流和最大耗散功率，一般是不會(huì)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(cè)量　　用伏安法測(cè)量元件的伏安特性時(shí)，常有兩種電路連接方法，分別是電流表內(nèi)接法和電流表外接法，如圖4所示。簡(jiǎn)化處理時(shí)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(cè)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(wú)論采用哪種連接方法都