实验一  线性电阻器伏安特性测量及测试电路设计

【实验目的】

按被测电阻大小、电压表和电流表内阻大小，掌握线性电阻元件伏安特性测量的基本方法。

【伏安特性】

在电阻器两端施加一直流电压，在电阻器内就有电流通过。根据欧姆定律，电阻器电阻值为：               1－1

上式中 R—电阻器在两端电压为U，通过的电流为I时的电阻值，单位Ω；

U—电阻器两端电压，单位V；

I—电阻器内通过的电流，单位A。

欧姆定律公式1－1表述成下式：

以U为自变量，I为函数，作出电压电流关系曲线，称为该元件的伏安特性曲线。                                                                 

对于线绕电阻、金属膜电阻等电阻器，其电阻值比较稳定不变，其伏安特性曲线是一条通过原点的直线，即电阻器内通过的电流与两端施加的电压成正比，这种电阻器也称为线性电阻器。

                     图1－1 线性元件伏安特性

【线性电阻的伏安特性测量电路的设计】

当电流表内阻为0，电压表内阻无穷大时，下述两种测试电路都不会带来附加测量误差。

图1－2 电流表外接测量电路      图1－3 电流表内接测量电路

被测电阻   。

实际的电流表具有一定的内阻，记为R_I；电压表也具有一定的内阻，记为R_U因为R_I和R_U的存在，如果简单地用公式计算电阻器电阻值，必然带来附加测量误差。为了减少这种附加误差，测量电路可以粗略地按下述办法选择：

A.    当R_U>>R，R_I和R相差不大时，宜选用电流表外接电路，此时R为估计值；

B.     当R>>R_I，R_U和R相差不大时，宜选用电流表内接电路，

C.    当R>>R_I，R_U>>R时，必须先用电流表内接和外接电路作测试而定。

方法如下：先按电流表外接电路接好测试电路，调节直流稳压电源电压，使数字表显示较大的数字，保持电源电压不变，记下两表值为U₁，I₁；将电路改成电流表内接式测量电路，记下两表值为U₂，I₂。

将U₁，U₂和I₁，I₂ 比较，如果电压值变化不大，而I₂较I₁有显著的减少，说明R是高值电阻。此时选择电流表内接式测试电路为好；反之电流值变化不大，而U₂较U₁有显著的减少，说明R为低值电阻，此时选择电流表外接测试电路为好。

当电压值和电流值均变化不大，此时两种测试电路均可选择（思考：什么情况下会出现如此情况？）

如果要得到测量准确值，就必须按下1－2，1－3两式，予以修正。

即电流表内接测量时，              1－2

电流表外接测量时，               1－3

上两式中：R—被测电阻阻值，Ω；

         U—电压表读数值，V；

         I—电流表读数值，A；

         R_I—电流表内阻值，Ω；

         R_U—电压表内阻值，Ω。

【实验设计及实验】

1)  被测电阻器：选择1KΩ电阻器，误差≤±0.5%

2)  线路设计：见图1－4

  图1－4  实验电路接线图

3)  实验内容

A.      电流表外接测试

B.       电流表内接测试

C.      测试电路优选方法验证

D.      按1－2式，1－3式修正计算结果

4)  实验记录见表1－1

表1－1. 1KΩ电阻器伏安曲线测试数据表

电流表内接测试数据表

电流表外接测试数据表

【实验讨论】

1、测量R=1KΩ电阻用哪种接法（内接、外接）好？

2、总结一下电流表内接、外接两种测试方法在测定大电阻和小电阻时分别用何种接法较好。

实验二  二极管伏安特性曲线的研究

【实验目的】

通过对二极管伏安特性的测试，掌握锗二极管和硅二极管的非线性特点，从而为以后正确设计使用这些器件打下技术基础

【伏安特性描述】

对二极管施加正向偏置电压时，则二极管中就有正向电流通过（多数载流子导电），随着正向偏置电压的增加，开始时，电流随电压变化很缓慢，而当正向偏置电压增至接近二极管导通电压时（锗管为0.2V左右，硅管为 0.7V左右），电流急剧增加，二极管导通后，电压的少许变化，电流的变化都很大。

对上述二种器件施加反向偏置电压时，二极管处于截止状态，其反向电压增加至该二极管的击穿电压时，电流猛增，二极管被击穿，在二极管使用中应竭力避免出现击穿观察，这很容易造成二极管的永久性损坏。所以在做二极管反向特性时，应串入限流电阻，以防因反向电流过大而损坏二极管。

二极管伏安特性示意图2－1，2－2

图2－1锗二极管伏安特性示意图   图2－2硅二极管伏安特性示意图

【实验设计】

1)  反向特性测试电路

二极管的反向电阻值很大，采用电流表内接测试电路可以减少测量误差。测试电路如下图，变阻器设置700Ω

图2－3 二极管反向特性测试电路

 2）正向特性测试电路

    二极管在正向导道时，呈现的电阻值较小，拟采用电流表外接测试电路。电源电压在0～10V内调节，变阻器开始设置700，调节电源电压，以得到所需电流值。

图2－4  二极管正向特性测试电路

【数据记录】格式见表2－1，2－2

表2－1                     反向伏安曲线测试数据表

表2－2                     正向伏安曲线测试数据表

注意：1、电阻修正值按电流表外接修正公式1－3式计算所得。

      2、实验时二极管正向电流不得超过20mA。

【实验讨论】

1）、二极管反向电阻和正向电阻差异如此大，其物理原理是什么？

2）、在制定表2－2时，考虑到二极管正向特性严重非线性，电阻值变化范围很大，在表2－2中加一项“电阻修正值”栏，与电阻直算值比较，讨论其误差产生过程。