电路基本元件的认识与应用

1.训练目的

（1）学会识别常用电路元件的方法。

（2）掌握线性、非线性电阻元件伏安特性的测试方法。

（3）熟悉实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。

2.原理说明

电路元件的特性一般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。电阻元件是电路中最常见的元件，有线性电阻和非线性电阻之分。

万用表的欧姆挡只能在某一特定的U 和I 下测出对应的电阻值，因而不能测出非线性电阻的伏安特性。一般是用含源电路在“在线”状态下测量元件的端电压和对应的电流值，进而由公式R＝U/I 求出所测电阻值。

（1）线性电阻器的伏安特性符合欧姆定律U＝RI，其阻值不随电压或电流值的变化而变化，伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图2-1-1（a）所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。

（2）白炽灯可以视为一种电阻元件，其灯丝电阻随着温度的升高而增大。一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可以相差几倍至十几倍。通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，即对一组变化的电压值和对应的电流值，所得U/I 不是一个常数，所以它的伏安特性是非线性的，如图2-1-1（b）所示。

图2-1-1　元件的伏安特性

（3）半导体二极管也是一种非线性电阻元件，其伏安特性如图2-1-1（c）所示。二极管的电阻值随电压或电流大小、方向的改变而改变。它的正向压降很小（一般锗管为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剧上升，而反向电压从零一直增加到十几伏甚至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。因此给二极管加反向电压时，可以认为其阻值为∞。发光二极管正向电压为0.5～2.5 V时，正向电流有很大变化。可见二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值时，则会导致管子被击穿而损坏。

（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，但其反向特性较特殊，如图2-1-1（d）所示。给稳压二极管加反向电压时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时，电流将突然增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加反向电压的升高而增大，这便是稳压二极管的反向稳压特性。实际电路中，可以利用不同稳压值的稳压管来实现稳压。

3.训练设备

（1）可调直流稳压电源（0～30 V）。

（2）万用表。

（3）直流数字毫安表。

（4）直流数字电压表。

（5）二极管。

（6）稳压管。

（7）白炽灯。

（8）线性电阻器（1 kΩ/1 W）。

4.训练内容

1）测量电阻的伏安特性

线性电阻器伏安特性的测量按图2-1-2接线，调节稳压电源US的数值，测出对应的电压表和电流表的读数并记入表2-1-1中。

图2-1-2　接线图

表2-1-1　线性电阻器的伏安特性

2）测量白炽灯泡的伏安特性

把图2-1-2中的电阻换成12 V、0.1 A的小灯泡，重复训练内容1）的测试内容，将数据记入表2-1-2中。UL为灯泡的端电压。(www.xing528.com)

表2-1-2　白炽灯泡的伏安特性

3）测量半导体二极管的伏安特性

按图2-1-3 连接测量电路。200 Ω电阻为限流电阻。先测二极管的正向特性，正向压降可在0～0.75V 取值。应在曲线的弯曲部分（0.5～0.75）适当地多取几个测量点，其正向电流不得超过45 mA。将所测数据记入表2-1-3中。

图2-1-3　接线图

表2-1-3　二极管正向特性

做反向特性实验时，需将二极管反接，其反向电压可在0～30 V 之间取值，将所测数据记入表2-1-4中。

表2-1-4　二极管反向特性

4）测量稳压二极管的伏安特性

把图2-1-3中的二极管换成稳压二极管（2CW51），重复训练内容3），将测量数据记入表2-1-5中。

表2-1-5　稳压二极管正向特性

反向特性实验：将图2-1-3中的200 Ω电阻换成1 kΩ电阻，2CW51 反接，测2CW51 的反向特性，稳压电源的输出电压在0～20 V 变化。测量结果记入表2-1-6中。

表2-1-6　稳压二极管反向特性

5.训练注意事项

（1）测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小到大逐渐增加，应时刻注意电流表读数不得超过25　mA，稳压电源输出端切勿碰线短路。

（2）进行上述训练时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，并注意仪表的极性。

（3）如果要测2AP9的伏安特性，则正向特性的电压值应取0、0.1、0.13、0.15、0.17、0.19、0.21、0.24、0.30（V）反向特性的电压值应取0、2、4、6、8、10（V）。

6.思考题

（1）线性电阻与非线性电阻的概念是什么？电阻与二极管的伏安特性有何区别？

（2）若元件伏安特性的函数表达式为I＝f（U），在描绘特性曲线时，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，其用途是什么？

7.训练报告内容

（1）根据实验结果和表中数据，分别在坐标纸上绘制出各自的伏安特性曲线（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、反向电压可取不同的比例尺）。

（2）对本次实验结果进行适当的解释，总结、归纳被测各元件的特性。

（3）进行必要的误差分析。

（4）总结本次实验的收获。