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電路分析實驗箱--電路元件伏安特性的測量實驗

一、實驗?zāi)康?/strong>
1.學(xué)會識別常用電路和元件的方法。
2.掌握線性電阻、非線性電阻元件及電壓源和電流源的伏安特性的測試方法。
3.學(xué)會常用直流電工儀表和設(shè)備的使用方法。
二、實驗原理
任何一個二端元件的特性可用該元件上的端電壓U與通過該元件的電流I之間的函數(shù)關(guān)系I=f(U)表示，即I-U平面上的一條曲線來表征，即元件的伏安特性曲線。
1.線性電阻器的伏安特性曲線是一條通過坐標原點的直線，如圖1-1中a曲線所示，該直線的斜率等于該電阻器的電阻值。
2.一般的白熾燈在工作時燈絲處于高溫狀態(tài)，其燈絲電阻隨著溫度的升高而增大。通過白熾燈的電流越大，其溫度越高，阻值也越大。一般燈泡的“冷電阻”與“熱電阻”的阻值相差幾倍至幾十倍，所以它的伏安特性曲線如圖1-1中b曲線所示。
3.一般的半導(dǎo)體二極管是一個非線性電阻元件，其伏安特性曲線如圖1-1中c曲線所示。正向壓降很小（一般的鍺管約為0.2～0.3V, 硅管約為0.5～0.7V）,正向電流隨正向壓降的升高而急劇上升，而反向電壓從零一直增加到幾十伏時，其反向電流增加很小，粗略地可視為零�？梢�，二極管具有單向?qū)щ娦�，但反向電壓加得過高，超過管子的極限值，則會導(dǎo)致管子擊穿損壞。
4.穩(wěn)壓二極管是一種特殊的半導(dǎo)體二極管，其正向特性與普通二極管類似，但其反向特性較特別，如圖1-1中d曲線所示。在反向電壓開始增加時，其反向電流幾乎為零，但當電壓增加到某一數(shù)值時（稱為管子的穩(wěn)壓值，有各種不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管）電流將突然增加，以后它的端電壓將維持恒定，不再隨外加的反向電壓升高而增大。注意：流過穩(wěn)壓二極管的電流不能超過管子的極限值，否則管子會被燒壞。

圖 1-1 各種電路元件的伏安特性曲線
三、實驗設(shè)備

序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注

1 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 0～12V 1

2 萬用表 1

3 直流數(shù)字毫安表 1

4 直流數(shù)字電壓表 1

5 可調(diào)電位器或滑線變阻器 1

6 二極管 2CP15（或IN4007） 1

7 穩(wěn)壓管 2CW51 1

8 白熾燈 6.3V 1

9 線性電阻 1KΩ/1W 1

四、實驗內(nèi)容
1.測定線性電阻器的伏安特性
按圖1-2接線，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源的輸出電壓U，從0伏開始緩慢地增加，一直到10V，記下相應(yīng)的電壓表和電流表的讀數(shù)U_R、I。

圖1-2

U_R(V) 0 3 4 5 7 8 10

I(mA)

※2.測定非線性白熾燈泡的伏安特性
將圖1-2中的RL換成一只6.3V的汽車燈泡，重復(fù)1的步驟。

U_R(V) 0 3 4 5 7 8 10

I(mA)

3.測定半導(dǎo)體二極管的伏安特性
按圖1-3接線，R為限流電阻器。測二極管的正向特性時，其正向電流不得超過5mA，二極管D的正向施壓UD+可在0～0.75V之間取值，特別是在0.5～0.75V之間更應(yīng)多取幾個測量點。做反向特性實驗時，只需將圖1-3中的二極管D反接，且其反向施壓UD－可加到30V。

圖1-3
正向特性實驗數(shù)據(jù)

U_D+(V) 0.10 0.30 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75

I (mA)

反向特性實驗數(shù)據(jù)

U_D－(V) -3 －5 －10 －20 －30 －35 －40

I (mA)

※4.測定穩(wěn)壓二極管的伏安特性
只要將圖1-3中的二極管換成穩(wěn)壓二極管，重復(fù)實驗內(nèi)容3的測量。測量點自定。
正向特性實驗數(shù)據(jù)

U_D+(V)

I (mA)

反向特性實驗數(shù)據(jù)

U_D－(V)

I (mA)

5、測定電壓源伏安特性

圖1-4
按圖1-4連接電路圖，調(diào)節(jié)U為5V，改變R_L的值，測量U和I的值。記入下表中：

R_L（Ω） 100 200 300 500 600 700 800

I(mA)

U(V)

6、測定電流源伏安特性

圖1-5
按圖1-5接好電路圖，調(diào)節(jié)R_L的值，測出各種不同RL值時的I和U，記入表中：

R_L（Ω） 100 200 300 500 600 700 800

I(mA)

U(V)

六、實驗注意事項
1.測二極管正向特性時，穩(wěn)壓電源輸出應(yīng)由小至大逐漸增加，應(yīng)時刻注意電流表讀數(shù)不得超過15mA。
2.進行不同實驗時，應(yīng)先估算電壓和電流值，合理選擇儀表的量程，切勿使儀表超量程，儀表的極性亦不可接錯。
七、思考題
1.線性電阻與非線性電阻的概念是什么？電阻器與二極管的伏安特性有何區(qū)別？
2.設(shè)某器件伏安特性曲線的函數(shù)式為I = f(U)，試問在逐點繪制曲線時，其坐標變量應(yīng)如何放置？
3.在圖1-3中，設(shè)U=3V，U_D+ = 0.7V，則毫安表（mA）表讀數(shù)為多少？
4.穩(wěn)壓二極管與普通二極管有何區(qū)別，其用途如何？
八、實驗報告
1.根據(jù)各實驗數(shù)據(jù)，分別在方格紙上繪制出光滑的伏安特性曲線。（其中二極管和穩(wěn)壓管的正、反向特性均要求畫在同一張圖中，正、反向電壓可取為不同的比例尺）。
2.根據(jù)實驗結(jié)果，總結(jié)、歸納各被測元件的特性。
3.必要的誤差分析。

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電路分析實驗箱--電路元件伏安特性的測量實驗

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序號	名稱	型號與規(guī)格	數(shù)量	備注
1	可調(diào)直流穩(wěn)壓電源	0～12V	1
2	萬用表		1
3	直流數(shù)字毫安表		1
4	直流數(shù)字電壓表		1
5	可調(diào)電位器或滑線變阻器		1
6	二極管	2CP15（或IN4007）	1
7	穩(wěn)壓管	2CW51	1
8	白熾燈	6.3V	1
9	線性電阻	1KΩ/1W	1