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1、1预习报告【实验目的】I.学习使用基本电学仪器及线路连接方法。2掌握测量电学元件伏安特性曲线的基本方法及一种消除线路误差的方法。 3学习根据仪表等级正确记录有效数字及计算仪表误差。准确度等级见书66页。100mA量程，0.5级电流表最大允许误差Ax = 100mA x 0.5% = 0. 5mA，应读到小数点后1位，如42.3(mA) m3V量程，0.5级电压表最大允许误差AVm = 3V x 0. 5% = 0.015V，应读到小数点后2位，如2.36(V) 【仪器用具】m直流稳压电源，电流表，电压表，滑线变阻器，小白炽灯泡，接线板，电阻，导线等。 从书中学习使用以上仪器的基础知识。【实验原
2、理】给一个电学元件通直流电，测出元件两端的电压和通过它的电流，通常以 电压为横坐标、电流为纵坐标画出元件的电流和电压关系曲线，称做该元件的 伏安特性曲线。这种研究元件特性的方法叫做伏安法。用伏安法测量电阻时，线路有两种接法，即电流表内接和电流表外接。电 流表内接，测得电阻R 永远大于真值R ，适于测量大电阻。电流表外接时测X X得的电阻值永远小于真值，适于测量小电阻。不同的线路会引入不同的线路误 差，在实验中要根据被测电阻的大小适当地选择测量线路，减少线路误差，以 求提高测量准确度。二极管是常用的非线性元件，欧姆定律虽然不适用，电阻不再为常量，而 是与元件上的电压或电流有关的变量。钨丝灯泡也是
3、非线性元件，加在灯泡上 电压与通过灯丝的电流之间的关系为I二KVn，其中K、n是与该灯泡有关的 常数。实验数据实验 1电压表等级：0.5量程：3(V)R = 0.5 Q g电流表等级：0.5量程：100 (mA)R = 51 Q(电阻示值)X1电流表内接：电流表外接：电压表等级：0.5量程：3(V)RV = 200 Q/V*量程二 600 Q电流表等级：0.5量程：100 (mA)R = 51 Q(电阻示值)X1实验 4 小灯泡 电流表内接电流表用100mA量程，超出时选200mA量程。电压表用1.5V量程，超出时选7.5V量程。V(V)0.20.40.60.81.01.52.02.53.03
4、.54.04.55.0I(mA)19.725.730.836.040.249.85&367.072.979.285.291.096.4实验5二极管 正向偏压 电流表外接电流表用100mA量程，超出时选200mA量程。电压表用1.5V量程。V(V)0.10.20.30.40.50.60.650.70.750.8I(mA)0.30.71.01.21.83.15.813.336.7120二极管 反向偏压 电流表内接电流表用100rnA量程。电压表用7.5V量程。V(V)-1-2-3-4-5-6I(mA)0.00.00.00.00.00.0实验报告电学元件的伏安特性伏安法既可以测量线性元件的阻值，又可
5、以测量非线性元件的伏安特性，具有测量范围宽、适应性广等优点, 因此被广泛使用。【实验目的】I.学习使用基本电学仪器及线路连接方法。2掌握测量电学元件伏安特性曲线的基本方法及一种消除线路误差的方法。3学习根据仪表等级正确记录有效数字及计算仪表误差。 【仪器用具】直流稳压电源，用调压档电流表，0.5级，3点一线读数法电压表，0.5级滑线变阻器，通电前预置安全位置，制流时为最大电阻小白炽灯泡，加电压不能超过6V接线板，电阻，导线等。【实验原理】(完全抄书，同学们可以简略)给一个电学元件通直流电，测出元件两端的电压和通过它的电流，通常以电压为横坐标、电流为纵坐标画出元 件的电流和电压关系曲线，称做该元
6、件的伏安特性曲线。这种研究元件特性的方法叫做伏安法。i伏安法测电阻伏安法测电阻既不如欧姆表测电阻方便，也不如电桥法准确，但其独具优点，即测量范围宽：它可以测量小到 10-3Q以下大到1010Q以上的电阻。由于电表内阻不理想，用伏安法测电阻时，总是或大或小地存在着仪表接入误 差(即线路误差)。应引进修正值对测量结果加以修正，以提高测量结果的准确度。用伏安法测量电阻时，线路有两种接法，即电流表内接和电流表外接。(1)电流表内接如图5-3所示，电流表内接时，电流表测出的就是流过电阻R的电流I,但X是电压表测出的电压V不是电阻两端的电压V，而是电阻两端电压V和电流表XXO=5两端电压V之和，即电流表的
7、电阻使电压的测量产生了误差。根据欧姆定律 A(5.1)R = V I若用R 表示V比I的值，则R 和被测电阻值XXR的关系可由下式导出X(5.2), V V + V 厂 厂R 二 =XA 二 R + Rx IIX AX线路误差的绝对误差为(5.3)AR 二 R -R 二 RXX X A相对误差为(5.4)E (R ) = Rx 二 R内x R RXX于是可得出如下结论：由于R丰0而引进的误差么AR二R 0，说明电流表内接，测得电阻R 永AX AX远大于真值R，这是一种由于测量方法不完善而引进的系统误差，若准确地知道R X值，可以对测量结果进行修正，即R二R -R。XX AARX由(5.3)式看
8、出，当R R 时(100R R )，则石* J1%，此时的线路误AXAXRX 差在某些情况下可以忽略不计，所以图5-3线路适于测量大电阻。(2)电流表外接如图5-4所示，电流表外接时，电压表测出的电压就是电阻两端的电压Uy ,而电流表测出的电流I却是流过电 X阻和电压表的电流之和【X + .，因此，由和1算出的电阻值RX 是被测电阻值RX和电压表内阻R相并联的电 阻值，即VXI +1X V+ -VV VX XR R(5.5)VX-R + RX Vx V此时线路误差的绝对误差为AR 二 R -R 二一xX X X R + RX V 线路误差的相对误差为ARRE (R )二 x 二一x一外 x R
9、R + RXX V于是又可得出二点结论：(5.6)(5.7)由于R 乜而引进的线路误差为AR二R -R 0，负号表明电流表外接时测得的电阻值永远小于真值。若 VXXXR准确已知，则可对测量结果进行修正，修正后的测量值为VR RXV-R RV X(5.8)当 R R 时(100R R)，XVX VARXRX R。，可得VA R 、R R时，1E | E 1，采用内接法；XA V夕卜内R R R时，IE 11 E I，采用外接法。XA V夕卜内因此选择的原则取决于被测电阻值和电流表及电压表内阻的大小。在线路误差可以忽略的情形下，测量的准确 度主要由仪表的误差决定。2非线性元件的伏安特性对于非线性元
10、件，欧姆定律虽然不适用，但我们 仍可定义其电阻为(5.8)只是它不再为常量，而是与元件上的电压或电流 有关的变量。二极管是常用的非线性元件，它是用P型、N型 半导体材料制成PN结，经欧姆接触引出电极封装而 成。其主要特点是单向导电性，其伏安特性曲线如图 5-5所示。当在二极管两端加上正向偏置电压，即在 二极管的正极端接高电位，负极端接低电位时，则有 正向电流流过二极管。开始电流随电压变化较慢，而 当正向偏压增到接近二极管的导通电压(锗二极管为 0.2V左右，硅二极管为0.7V左右时)，电流明显变化。 在导通后，电压变化少许，电流就会急剧变化。他)二极管伏蚩特性稳拣二极呼符寸山)瓏忑：概管伏安峙
11、性图m穂压二极轉在二极管两端加上反向偏置电压，即二极管的正 极端接低电位，负极端接高电位时，二极管内有很小的反向电流，该反向电流随反向偏置电压增加得很慢，呈现的电阻很大，二极管处于截止状态。这时流过二极管的反向电流几乎不随反向电压的变化而变化，该电流叫做反向饱和电流I当反向电压增加到一定大小时，反向电流急 s剧增加，这种现象称为二极管的反向击穿，这时的反向电压称为二极管的反向击穿电压，用V表示。实践证明，b普通二极管反向击穿后，很大的反向击穿电流会使PN结温度迅速升高而烧坏PN结。这就是从电击穿转化为热击 穿，所以应当采取措施防止二极管发生热击穿。二极管一般工作在正向导通或反向截止状态。当正向
12、导通时，注意不要超过其规定的额定电流；当反向截止时， 更要注意加在该管的反向偏置电压应小于其反向击穿电压。但是，稳压二极管却利用二极管的反向击穿特性而恰恰 工作于反向击穿状态（图5-6）。由于二极管具有单向导电性，它在电子电路中得到了广泛应用，常用于整流、检波、 限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件等。钨丝灯泡也是非线性元件，加在灯泡上电压与通过灯丝的电流之间的关系为I KVn，其中K、n是与该灯 泡有关的常数。【实验内容】1按图5-7连接电路，R取值和电源电压由实验室给定，由此确定电表量X程。将K倒向1端，调R使电压表指针在偏转1至满偏之间读取3组电流和 203电压值数据，计算R值。X
13、2将图5-7电路中K倒向2端，其取值和做法与实验内容1相同。24测白炽灯的伏安特性曲线。灯泡耐压6.3V，其阻值随温度升高而变大。 在1V以内每隔0.2V测量一个数据,1V以上每隔0.5V测量一个数据，测到5.0V 为止。5测量二极管特性（二极管参数实验室给定）。V 1.80 V测量电阻值R = = 54.1 Q，注意乘除运算的结果的有效数字与参与运算的各量中有效数字位X I 33.3 mA数最少的位数相同。AVm = 0015 = 0.00833注意有效数字，由于参与以后的计算，多保留一位V 1.80AIm0.533=0.015注意有效数字数据处理】（仅讲解了书中要求的1、2、3 中的不确定度计算、5、6。未讲解4，有兴趣的同学可以分析） 实验 1电流表内接:电压表等级：0.5量程：3（V）AV = 0.015 (V)mR = 0 5 Qg电流表等级：0.5量程：100 (mA)AI = 0.5 (mA)mRX = 51 Q（电阻示值）V (V)I (mA)VRx =7 (Q)AVmVAImIAR XR
