线性与非线性元件伏安特性的测定

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1、11线性与非线性元件伏安特性的测定线性与非线性元件伏安特性的测定 一实验目的一实验目的 1学习直读式仪表和直流稳压电源等仪器的使用方法 2掌握线性电阻元件、非线性电阻元件的伏安特性的测试技能 3加深对线性电阻元件、非线性电阻元件伏安特性的理解验证欧姆定律 二实验原理二实验原理电阻元件是一种对电流呈现阻力的元件，有阻碍电流流动的性能。当电流通过电阻元 件 时，电阻元件将电能转换成其它形式的能量并沿着电流流动的方向产生电压降。电压降 的 大小等于电流的大小与电阻的乘积。电压降和电流及电阻的这一关系称为欧姆定律。U=IR上式的前提条件是电压 U 和电流 I 的参考方向相关联亦即参考方向一致。如果参考

2、 方 向相反则欧姆定律的形式应为U-IR电阻上的电压和流过它的电流是同时并存的也就是说，任何时刻电阻两端的电压降 只 由该时刻流过电阻的电流所确定，与该时刻前的电流的大小无关，因此，电阻元件又被称 为 “无记忆”元件。当电阻元件 R 的值不随电压或电流大小的变化而改变时，则电阻 R 两端的电压与流过 它的电流成正比例。我们把符合这种条件的元件称为线性电阻元件。反之不符合上述条 件的电阻元件被叫做非线性电阻元件。电阻元件的特性除了用电压和电流的方程式表示外，还可以用其电流和电压的关系图 形 来表示，该图形称为此元件的伏安特性曲线。线性电阻的伏安特性曲线为一条通过坐标原 点 的直线，该直线的斜率即

3、为电阻值，它是一个常数。如图 1-1 所示。半导体二极管是一种非线性电阻元件。它的电阻值随着流过它的电流的大小而变化。 半导体二极管的电路符号用表示其伏安特性如图 1-2 所示。由此可见半导体二极管的伏安特性为非对称曲线。2图 1-1 线性电阻的伏安特性 图 l-2 半导体二极管伏安特性对比图 1-l 和图 1-2 可以发现，线性电阻的伏安特性对称于坐标原点。这种性质称为双 向性，为所有线性电阻元件所具备。半导体二极管的伏安特性不但是非线性的而且对于 坐标原点来说是非对称性的，又称非双向性。这种性质为多数非线性电阻元件所具备。半 导体二极管的电阻随着其端电压的大小和极性的不同而不同，当外加电压

4、的极性和二极管 的极性相同时，其电阻值很小，反之二极管的电阻很大。半导体二极管的这一性能称为单 向导电性，利用单向导电性可以把交流电变换成为直流电。 三三 实验内容和步骤实验内容和步骤 1测定线性电阻的伏安特性本实验在九孔实验方板上进行。分立元件 R=200 和 R=2000 电阻作为被测元 件井按图 1-3 接好线路。经检查无误后打开直流稳压电源开关。依次调节直流稳压电 源的输出电压为表 1-1l 中所列数值。并将相对应的电流值记录在表 1-l 中。图 1-3 测量电阻的伏安特性电路图表 1-1 测定线性电阻的伏安特性U(V)0246810R=200I(mA)R=2000I(mA)2 测量半

5、导体二极管 (1) 正向特性图 1-4(a) 测量半导体二极管正向伏安特性电路图按图 1-4(a)接好线路。经检查无误后，开启稳压电源输山电压调至 2v。调节电位器 R，使电压表读数分别为表 1-2 中数值，井将相对应的电流表读数记于表 1-2 中，为了便于 作图，在曲线弯曲部分可适当多取几个测量点。3表 1-2 测定二极管的正向伏安特性U(V)00.10.20.30.40.50.550.60.650.70.75I(mA)(2)反向特性图 1-4(b) 测量半导体二极管反向伏安特性电路图按图 1-4(b)接好线路。经检查无误后，开启稳压电源输山电压调至 20v。调节可变电 阻器使电压的读数分别

6、为表 1-3 中所列数值，井将相对应的电流表读数记入表 1-3 中。 表 1-3 测定二极管的反向伏安特性U(V)05101520I(mA)3测定小灯泡灯丝的伏安特性图 1-5 测最小灯泡灯丝伏安特性电路图本实验采用低压小灯泡做为测试对象。接图 1-5 接好线路经检查无误后打开直流稳压电源开关。依次调节电源输山电压为 表 24 所列数值。井将相对应的电流值记录在表 14 中。 表 1-4 测定小灯泡灯丝的伏安特性U(V)004081216234568I(mA)四实验设备四实验设备名称 数量 型号 1直流可调电压 030V 板 1 MC1046 2 电阻 3 101，2001，2k1 3 电位器

7、 1 1k1 4 二极管 1 5 灯座和灯泡 1 12V/0,1A1 6 标准型导线 若干47 标准型短接桥 若干 8 九孔实验方板 1 块 200mm300mm 9 交直流电压电流表 2 块 MC1102，MC1108五分析与讨论五分析与讨论 1按报告单上所列项日认真填写实验报告。 2根据实验中所得数据，在坐标纸上绘制两个线性电阻、半导体二极管、小灯泡灯丝的伏 安特性曲线。 3分析实验结果，并得出相应结论。 4回答下列思考题： （1）试说明图 1-4(a)、(b)中电压表和电流表接法的区别，为什么? （2）通过比较线性电阻与灯丝的伏安特性曲线分析这两种元什性质的异同。 （3）什么叫双向元件?

8、白炽灯灯丝是双向元件吗?2基尔霍夫定律的验证基尔霍夫定律的验证 一一 实验目的实验目的 1通过实验验证基尔霍夫电流定律和电压定律，巩固所学理论知识 2加深对参考方向概念的理解 二二 实验原理实验原理基尔霍夫定律是电路理论中最基本也是最重要的定律之一。它概括了电路中电流和电 压分别遵循的基本规律。它包括基尔霍夫节点电流定律(KCL)和基尔霍夫回路电压定律 (KVL)。基尔霍夫节点电流定律：电路中任意时刻流进(或流出)任一节点的电流的代数和等于 零。其数学表达式为：I=0。此定律阐述了电路任一节点上各支路电流间的约束关系，这种关系与各支路上元件的 性质无关，不论元什是线性的或是非线性的，含源的或是

9、无源的，时变的或时不变的。基尔霍夫回路电压定律；电路中任意时刻沿任一闭合回路，电压的代数和为零。其 数 学表达式为U=0。此定阐明了任一闭合回路中各电压间的约束关系。这种关系仅与电路的结构有关而 与构成回路的各元件的性质无关。不论这些元件是线性的或非线性的，含源的或无源的， 时 变的或时不变的。参考方向：参考方向：KCL 和 KVI 表达式中的电流和电压都是代数量。它们除具有大小之外，还有其方向， 其方向是以它量值的正、负表示的。为研究问题方便，人们通常在电路中假定一个方向为 参考称为参考方向。当电路中的电流(或电压)的实际方向与参考方向相同时取正值，其 实际方向与参考方向相反时取负值。例如，

10、测量某节点各支路电流时，可以设流入该节点的电流方向为参考方向(反之亦可)。将电流表负极接到该节点上，而将电流表的正极分别串入各条支路，当电流为正值，表示 电5流方向与参考方向相同；当电流为负值，表示电流方向与参考方向相反。测量某闭合电路各电压时，也应假定某一绕行方向为参考方向。按绕行方向测量各电 压 时，若电压为正值，表示电压方向与参考方向相同；当电压为负值，表示电压方向与参考 方 向相反。 三三 实验内容和步骤实验内容和步骤 1验证基尔霍夫电流定律(KCL)。本实验在九孔实验方板上进行按图 2-1 接好线路，图中 x1、x2、x3，X4、x5、x6 为 节点 B 的三条支路电流测量接口(三条

11、支路自己定义)。在实验过程中先将此六个节点用 短接桥连接，在测量某个支路电流时，将电流表接在该支路接口上，然后拔掉此支路接口 上的短接桥即可测量此处的电流。验证 KCL 定律时，可假定流入该节点的电流为正(反之 也可)，并将表笔负极接在节点接口上，表笔正极接到支路接口上。将测量的结果填入表 2- l 中。图 2-1 实验电路图表 2-1 验证基尔霍夫电流定律计算值测量值绝对误差I1(mA)I2(mA)I3(mA)I(mA)2 验证基尔霍夫回路电压定律(KVL)。 -实验电路与图 2-1 相同，用短接桥将三个电流接口短接。取两个验证同路：回路 1 为 ABEFA，同路 2 为 BCDEB。用电压

12、表依次测取 ABEFA 同路中各支路电压 UAB、UBE、UEF 和 UFA：BCDEB 回路中各支路电压 UBC、UCD、UDE、UEB， 。将测 量结果填入表 2-2 中。测量时可选顺时针方向为绕行方向，并注意被测电压的极性。表 2-2 验证基尔霍夫电压定律 单位：vUABUBEUEFUF A回路UUBCUCDUDEUEB回路U计算值测量值6误差四实验设备名称 数量 型号 1 直流可调电压 030V 扳 1 MCl046 2 4-15V 及恒流源 200mA 扳 1 MC1034 3 电阻 5 4301，6201，6801 4 交直流电压电流表 1 MC1108 或 MC1102 j 标准

13、型导线 若干 6 标准型短接桥 若干 7 九孔实验方扳 1 块 200mm300mm 五分析与讨论 1利用表 2-1 和表 2-2 中的测量结果验证基尔霍夫两个定律。 2利用电路中所给数据，计算各支路电压和电流，并计算删量值与计算值之问的误差，分 析误差产生的原因。 3回答下列问题 1) 已知某支路电流约为 3mA，现有一电流表分别有 20mA,200mA 和 2A 三挡量程你将 使 用电流表的哪档量程进行测量？为什么？ 2)改变电流或电压的参考方向，对验证基尔霍犬定律有影响吗?为什么?3戴维南定理和诺顿定理实验戴维南定理和诺顿定理实验 一 实验目的 l 通过实验验证戴维南定理和诺顿定理加深对

14、等效电路概念的理解 2 学习用补偿法测量开路电压。 二 实验原理 1对任何一个线性含源一端口网络(如图 3-1(a)，根据戴维南定理，可以用图 3-1(b) 所示电路代替；根据诺顿定理，可以用图 3-1(c)所示电路代替。其等效条件是：UOC 是含 源 一端口网络 C、D 两端的开路电压；ISC 是含源一端口网络 C、D 两端短路后的短路电流； 电阻 R 是把含源一端口网络化成无源网络后的入端电阻。(a)含源一端口网络 (b)用戴维南定理等效替代 (c)用诺顿定理等效替代 图 3-l 等效电源定理用等效电路替代一端口含源网络的等效性，在于保持外电路中的电流和电压不变，即 替 代前后两者引出端钮间的电压相等时，流出(或流入)引出端钮的电流也必须相等(伏安特性 相同)。72含源一端口网络开路电压的测