实验六电阻元件的伏安特性

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1、实验六 电阻元件的伏安特性、实验目的1学习常用电磁学仪器仪表的正确使用及简单电路的连接方法。2掌握用伏安法测量电阻及其误差分析的基本方法。3学习测量线性电阻和非线性电阻的伏安特性。4学习用作图法处理实验数据，并对所得伏安特性曲线进行分析。二、实验仪器电阻元件伏安特性测量实验仪集成了 020V 可调直流稳压电源；直流数字电 压表，量程为2V/20V可调，内阻为1MQ ；直流数字毫安表，量程为 200pA/2mA/20mA/200mA 可调，其相对应内阻分别为 1KQ、1000、100、10；待 测24O0/2W金属膜电阻、待测稳压管（5.6V）、待测小灯泡（12V/0.1A）等。三、实验原理 电

2、阻是导体材料的重要特性，在电学实验中经常要对电阻进行测量。测量电 阻的方法有多种，伏安法是常用的基本方法之一。所谓伏安法，就是运用欧姆定 律，测出电阻两端的电压V和其上通过的电流I,根据R = V（1）即可求得阻值R。也可运用作图法，作出伏安特性曲线，从曲线上求得电阻 的阻值。对有些电阻，其伏安特性曲线为直线，称为线性电阻，如常用的碳膜电阻、线绕电阻、金属膜电阻等。另外，有些元件，伏安特性曲线为曲线，称为非 线性电阻元件，如灯泡、晶体二极管、稳压管、热敏电阻等。非线性电阻元件的 阻值是不确定的，只有通过作图法才能反映它的特性。用伏安法测电阻，原理简单，测量方便，但由于电表内阻接入的影响，给测量

3、带来一定系统误差。如图（1）所示。由于电压表测出的电压值V包括了电 测量值要大于被测电阻的实际值。由D（ R ）R 1 HmAR丿在电流表内接法中， 流表两端的电压，因此，R 一 V V + V R xmA II可见；由于电流表内阻不可忽略，故给测量带来一定的误差。+ RmAx2）图（1）在电流表外接法中，如图（2）所示。由于电流表测出的电流I 包括了流过电压表的电流，因此，测量值要小于被测电阻的实际值。由VxI +1xV11 丁+ -R RxVR1 + xI R丿V3）图（2）可见，由于电压表内阻不是无穷大，故给测量带来一定的误差。上述两种连接电路的方法，都给测量带来一定的系统误差，即测量方

4、法误差4）为此，必须对测量结果进行修正。其修正值为AR = R R xx其中 R 为测量值， R 为实际值。x 为了减小上述误差，必须根据待测阻值的大小和电表内阻的不同，正确选择测量电路。当 R且R R时，选择电流表内接法。mA x V R 时，选择电流表外接法。V x mARx经过以上选择，可以减小由于电表接入带来的系统误差，但电表本身的仪器误差仍然存在，它取决于电表 的准确度等级和量程，其相对误差为AR AV AI= + （5 ） R ， R R 时，两种接法均可。-XmA x VR V I式中AI和A为电流表和电压表允许的最大示值误差。四、实验内容及步骤1测量金属膜电阻的伏安特性（ 1）

5、电流表内接法根据图（1）连接好电路。金属膜电阻R为2400，每改变一次电压V值，x读出相应的电流I值，填入下表中，作出伏安特性曲线，并从曲线上求得电阻值。电压（V）电流（mA）（ 2）电流表外接法 根据图（2）连接好电路，重复实验步骤（1）。（3）根据电表内阻的大小，分析上述两种测量方法中，哪种电路的系统误差小。2测量稳压管的伏安特性（1）稳压管的稳压特性稳压管实质上就是一个面结型硅二极管，它具有陡峭的反向击穿特性，工作 在反向击穿状态。在制造稳压管的工艺上，使它具有低压击穿特性。稳压 管电路中，串入限流电阻，使稳压管击穿后电流不超过允许的数值，因此击穿状 态可以长期持续，并能很好地重复工作而

6、不致损坏。稳压管的特性曲线如图（3）所示，它的正向特性和一般硅二极管一样，但 反向击穿特性较陡。由图可见，当反向电压增加到击穿电压以后，稳压管进入击 穿状态在曲线的AB段，虽然反向电流在很大的范围内变化，但它两端的电压Vx 变化很小，即V基本恒定。利用稳压管的这一特性，可以达到稳压的目的。图（3）稳压管特性曲线（3）稳压管伏安特性测定的实验电路实验电路如图（4）所示。E为012V可调直流稳压电源，R为限流电阻器。（4）测量稳压管的正向特性1）按图（4）连接电路，R阻值调到最大，可调稳压电源的输出为零。2）增大输出电压，使电压表的读数逐渐增大，观察加在稳压管上电压随电 流变化的现象，通过观察确定

7、测量范围，即电压与电流的调节范围。图（ 4） 稳压管的正向特性测量图3）测定稳压管的正向特性曲线，不应等间隔的取点，即电压的测量值不应 等间隔地取，而是在电流变化缓慢区间，电压间隔取的疏一些，在电流变化迅速 区间，电压间隔取得密一些。如测试的2CW14型稳压管，电压在0V0.7V区间取 35 个点即可。（5）测量稳压管的反向特性1）将稳压管反接；2）定性观察被测稳压管的反向特性，通过观察确定测量反向特性时电压的 调节范围（即该型号稳压管的最大工作电流 I 所对应的电压值）。x max3）测量反向特性，同样在电流变化迅速区域，电压间隔应取得密一些。3测量小灯泡的伏安特性给定一只12V/0.1A小灯泡，已知U=12伏，I=100mA，起始电流为20mA，毫HH安表内阻为10,电压表内阻为1MQ。要求：1）自行设计测量伏安特性的线路。2）测量小灯泡的伏安特性。3）绘制小灯泡的伏安特性曲线。4）判定小灯泡是线性元件还是非线性元件。五、注意事项 1使用电源时要防止短路，接通和断开电路前应使输出为零，先粗调然后 再慢慢微调。2测量金属膜电阻的伏安特性时，所加电压不得使电阻超过额定输出功率 3.测量稳压管伏安特性时，电路中电流值不应超过其最大稳定电流I 。x max