实验一 电路元件伏安特性的测试一、实验目的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试方法3.熟悉实验台上直流电工仪表和设备的使用方法二、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If(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。实际电路中很少是仅由电源和线性电阻构成的“电平移动”电路，而非线性器件却常常有着广泛的使用，例如非线性元件二极管具有单向导电性，可以把交流信号变换成直流量，在电路中起着整流作用。万用表的欧姆档只能在某一特定的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“在线”状态下测量元件的端电压和对应的电流值，进而由公式RU/I求测电阻值。1.线性电阻器的伏安特性符合欧姆定律URI，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1-1(a)所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。图1-1 元件的伏安特性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1-1(b)所示。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1-1(c)所示。二极管的电阻值随电压或电流的大小、方向的改变而改变。它的正向压降很小（一般锗管约为0.20.3V，硅管约为0.50.7V），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至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。发光二极管正向电压在0.52.5V之间时，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，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，但其反向特性较特殊，如图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。三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源030V1台RTDG-12万用表MF-30或其他1块3直流数字毫安表1块RTT014直流数字电压表1块RTT015二极管2CP15或其他1RTDG086稳压管2CW511RTDG087白炽灯12V1RTDG088线性电阻器1k/1W1RTDG08四、实验内容与步骤1.线性电阻器伏安特性的测定先用万用表测量电阻器的阻值R1，按图1-2接线，R为限流电阻器，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，由公式U/I计算出电阻值R记入表1-1中。图1-2 元件伏安特性的测定表1-1线性电阻器的伏安特性U(v)0246810I(mA)02.024.026.028.0310.042.测量白炽灯泡的伏安特性先用万用表测量一只12V的小灯泡“冷态”时的灯丝电阻值R1，再将图1-2中的电阻器换成小灯泡，重复步骤的测试内容，数据记入表1-2中。表1-2白炽灯泡的伏安特性U(v)0.10.51234I(mA)7.917.323.533.441.849.43.测定半导体二极管的伏安特性将图1-2中的小灯泡换成二极管，先测二极管的正向特性，正向压降可在00.75V之间取值。特别是在曲线的弯曲部分（0.50.75之间）适当的多取几个测量点，其正向电流不得超过25mA，所测数据记入表1-3中。作反向特性实验时，需将二极管D反接，其反向电压可在030V之间取值，所测数据记入表1-4中。表1-3二极管正向特性实验U(v)0.10.40.600.650.700.710.72I(mA)001.23.811.214.618.1表1-4二极管反向特性实验U(v)0-5-10-15-20-25-30I(mA)00.0010.0010.0020.0030.0040.0044.测定稳压二极管的伏安特性将图1-2中的二极管换成稳压二极管，重复实验内容3的测量数据记入表1-5中。表1-5稳压二极管正向特性U(v)0.10.40.60.650.700.710.720.74I(mA)0.030.480.921.242.132.673.053.12表1-6稳压二极管反向特性U(v)13579111315UI-(v)-0.46-1.2-1.83-2.31-2.62-2.84-3.00-3.12I(mA)-0.54-1.77-3.13-4.36-6.27-8.10-9.88-11.72五、实验注意事项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25mA，稳压源输出端切勿碰线短路。2.进行上述实验时，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。六、预习思考题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.若元件伏安特性的函数表达式为If(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，其用途如何？七、实验报告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、反向电压可取为不同的比例尺）。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.必要的误差分析。4.总结本次实验的收获。