电路元件伏安特性测绘实践

1.目的要求

（1）学会识别常用电路元件的方法。

（2）掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘。

（3）掌握项目台上直流电工仪表和设备的使用方法。

2.项目分析

任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系I＝f（U）来表示，即用I－U平面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）线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1－26中a曲线所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。

图1－26　伏安特性曲线

（2）一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的“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图1－26中b曲线所示。

（3）一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其伏安特性如图1－26中c曲线所示。正向压降很小（一般的锗管为0.2～0.3 V，硅管为0.5～0.7 V），正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十几至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。

（4）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，但其反向特性较特别，如图1－26中d曲线所示。在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但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，以后它的端电压将基本维持恒定，当外加的反向电压继续升高时其端电压仅有少量增加。

注意：流过二极管或稳压二极管的电流不能超过管子的极限值，否则管子会被烧坏。

3.所需材料

材料清单如表1－1所示。

表1-1　材料清单

4.具体内容

（1）测定线性电阻器的伏安特性。

按图1－27接线，调节稳压电源的输出电压U，从0 V开始缓慢地增加一直到10 V左右，将相应的电压表和电流表的读数UR、I记入表1－2中。

图1－27　电阻器接线图及仿真图

（a）接线图；（b）仿真图

表1-2　记录表

（2）测定非线性白炽灯泡的伏安特性。

将图1－27中的R换成一只12 V，0.1 A的灯泡，重复内容（1）并将读数记入表1－3中。UL为灯泡的端电压。

图1－28　二极管接线图及仿真图(www.xing528.com)

（a）接线图；（b）仿真图

表1-3

（3）测定半导体二极管IN4007的伏安特性。

按图1－28接线，R为限流电阻。测二极管的正向特性时，其正向电流不得超过35 mA，二极管D的正向施压UD＋可在0～0.75 V取值。在0.5～0.75 V应多取几个测量点。测反向特性时，只需将图1－28中的二极管D反接，且其反向施压UD－可达30 V左右。正向特性数据记入表1－4中，反向特性数据记入表1－5中。

表1-4　正向特性数据

表1-5　反向特性数据

（4）测定稳压二极管的伏安特性。

将图1－28中的二极管IN4007换成稳压二极管2CW51，重复内容（3）测量。其正反向电流不能超过±20 mA。正向特性数据记入表1－6中，反向特性数据记入表1－7中。

表1-6　正向特性数据

表1-7　反向特性数据

5.注意事项

（1）测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加，应时刻注意电流表读数不得超过35 mA。

（2）如果要测定2AP9的伏安特性，则正向特性的电压值应取0 V，0.10 V，0.13 V，0.15 V，0.17 V，0.19 V，0.21 V，0.24 V，0.30 V，反向特性的电压值取0 V，2 V，4 V，……，10 V。

（3）进行不同项目时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。

6.思考题

（1）线性电阻与非线性电阻的概念是什么？电阻器与二极管的伏安特性有何区别？

（2）设某器件伏安特性曲线的函数式为I＝f（U），试问在逐点绘制曲线时，其坐标变量应如何放置？

（3）稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？

（4）在图1－28中，设U＝2 V，UD＋＝0.7 V，则毫安表读数为多少？

7.项目报告

（1）根据各项目数据，分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。（其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）

（2）根据项目结果，总结、归纳被测各元件的特性。

（3）必要的误差分析。