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1、实验题目：非线性电阻元件伏安特性的研究 201508实验目的：1掌握用伏安法研究二极管正向伏安特性及钨丝灯伏安特性的方法；2掌握用最小二乘法（回归法）处理实验数据，得到经验公式的方法。实验仪器：PASCO数字实验教学系统、直流电源、电阻箱、滑线变阻器、二极管、小灯泡等实验原理：1半导体二极管的伏安特性半导体二极管由一个p-n结，加上接触电极、引线和封装管壳组成。常见的二极管有硅二极管和锗二极管。加到二极管两端的电压与流过其上面的电流的关系曲线，就叫二极管的伏安特性曲线，如图1所示。由于p-n结具有单向导电性，故二极管的正反向伏安特性相差很大，二极管的伏安特性可分三部分： 正向特性。当所加的正向
2、电压很小时，正向电流也很小，只有当正向电压加到某个数值时，电流才开始明显加大，这个外加电压值叫做二极管的阈值电压或开通电压，记作U0。通常硅二极管的阈值电压，锗二极管。阈值电压的确定，一般是在正向特性曲线较直部分画一切线，延长相交于横坐标上一点，该点在横轴上的值就是该二极管的阈值电压。反向特性。当二极管两端加反向电压时，反向电流很小且在一定范围内不随反向电压的增加而增加。反向击穿特性。当反向电压继续增加时，反向电流会突然增大，这种现象称作反向击穿，产生击穿的临界电压称为反向击穿电压。不同的二极管，反向击穿电压也不同。一般情况下，二极管反向电压不得超过反向击穿电压，否则会烧坏管子。图1 二极管的
3、伏安特性曲线图2 钨丝灯的伏安特性曲线（2）钨丝灯的伏安特性当钨丝灯泡两端施加电压后，钨丝上有电流流过，产生功耗，灯丝温度上升，致使灯泡电阻增加。因此，通过钨丝灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，其伏安特性如图2中曲线所示。灯泡不加电压时，称为冷态电阻。施加额定电压测得的电阻称为热态电阻。由于正温度系数的关系，冷态电阻小于热态电阻，一般钨丝灯的冷态电阻与热态电阻的阻值可相差几倍至十几倍。而且由于钨丝灯点亮时温度很高，超过额定电压时会烧断，所以使用时不能超过额定电压。2用伏安法测量非线性电阻元件的伏安特性对非线性电阻元件伏安特性的研究，一般都是采用伏安法进行测量。实验采用PASCO数字实验系统
4、测量，用电压传感器测量待测元件的电压。测量电路分别如图3。图3 伏安法测量非线性电阻元件的伏安特性电路图实验内容： 1 二极管的正向伏安特性的测量:采用分压电路测量，测量电压0.7 V,采用自动测量模式，通过测量已知电阻的电压，得到流过二极管两端的电流，作出I-V特性曲线。2测量钨丝灯的伏安特性: 采用分压电路测量，测量电压9 V,采用自动测量模式，通过测量已知电阻的电压，得到流过二极管两端的电流，作出I-V特性曲线。注意事项1须了解待测元件(二极管、钨丝灯)的规格，使加在它上面的电压和通过的电流均不超过额定值。2. 须了解测量时所需其它仪器的规格（如电源、电压表、电流表、滑线变阻器等的规格）
5、，也不得超过其量程或使用范围。数据处理1、实验测量得到的二极管伏安特性曲线（50分）上传图片。（10分） （1）由图可得，阈值电压 0.62 （10分）（2）由软件的拟合功能，得到二极管正向伏安特性的数学表达式。（20分）i=Ae(-Cx)+b（3）曲线特性分析： （10分）答：由图可知，当加在二极管两端的正向电压较小的时候，正向电流小，几乎等于零。当正向电压超过阀值电压时，随着电压的升高，正向电流迅速增大，电流电压关系基本上是一条指数曲线。由正向特性曲线可知，流过二极管的电流发生较大的变化时，二极管两端的电压基本保持不变。而阀值电压与二极管的材料有关。4作出伏安特性曲线，小灯泡描述该曲线的特征及相关意义得出结论。(20分)（1）作出伏安特性曲线，上传图片。（10分）(2) 描述该曲线的特征及相关意义得出结论。（10分）。答：金属导体的电阻率随温度的升高而增大，从而使金属导体的电阻随温度的升高而增大，因而钨丝灯的伏安特性曲线为曲线。在I-U坐标系中，图线的斜率等于电阻的倒数。从图中可以看出，斜率越来越小，即电阻越开越大。 实验结论 (20分) 本实验测量二极管和钨丝灯两种非线性元件的伏安特性为：均为曲线，即二极管和钨丝灯都是非线性原件。 思考题1请列举出几种常见的非线性电阻元件。(10分)答：半导体二极管、晶体管、白炽灯中的钨丝电阻、热敏电阻等 7 / 7
