电路元件伏安特性测绘技能训练

一、操作目的

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.掌握实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。

二、操作器材

操作器材如表1-3所示。

表1-3　操作器材表

三、操作原理

任何一个二端元件的伏安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1-54中曲线a所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。

（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1-54中曲线b所示。

图1-54　伏安特性曲线

（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1-54中曲线c所示。正向压降很小（一般的锗管约为0.2～0.3 V，硅管约为0.5～0.7 V），正向电流随正向压降的升高而急剧上升，而反向电压从零一直增加到十几伏至几十伏时，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1-54中曲线d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。

四、操作内容及步骤

1.测定线性电阻器的伏安特性

按图1-55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，记下相应的电压表和电流表的读数UR、I，填入表1-4。

表1-4　UR、I数值表

2.测定非线性白炽灯泡的伏安特性

将图1-55中的R换成一只12 V，0.1 A的灯泡，重复实验内容1，填入表1-5。UL为灯泡的端电压。

表1-5　UL、I数值表

3.测定半导体二极管的伏安特性

按图1-56接线，R为限流电阻器。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的正向电压UD+可在0～0.75 V之间取值。在0.5～0.75 V之间应多取几个测量点。测反向特性时，只需将图1-56中的二极管D反接，且其反向电压UD-可达30 V。

图1-55(www.xing528.com)

图1-56

正向特性操作数据填入表1-6。

表1-6　半导体二极管正向特性操作数据

反向特性操作数据填入表1-7。

表1-7　半导体二极管反向特性操作数据

4.测定稳压二极管的伏安特性

（1）正向特性操作：将图1-56中的二极管换成稳压二极管2CW51，重复实验内容3中的正向测量，测量结果填入表1-8。UZ+为2CW51的正向施压。

表1-8　稳压二极管正向特性操作数据

（2）反向特性操作：将图1-56中的R换成1 kΩ，2CW51反接，测量2CW51的反向特性。稳压电源的输出电压U从0 V到20 V，测量2CW51两端的电压UZ-及电流I填入表1-9，由UZ-可看出其稳压特性。

表1-9　稳压二极管反向特性操作数据

五、操作注意事项

（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）进行不同操作步骤时，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。

六、思考

（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1-56中，设U = 2 V，UD= 0.7 V，则电流表读数为多少？

七、操作报告要求

（1）根据各实验数据，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）根据实验结果，总结、归纳被测各元件的特性。

（3）必要的误差分析。

（4）心得体会及其他。