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電路元件伏安特性的測繪實驗說明

2019-03-20 09:22
一、實驗目的:
1、學會識別常用
電路元件的方法。
2、掌握線性電阻、非線性電阻元件伏安特性的測繪。
3、掌握實驗臺上直流電工儀表和設備的使用方法。
二、原理說明:
  任何一個二端元件的特性可用該元件上的端電壓U 與通過該元件的電流I之間的函數關系I=f(U)來表示,即用I-U 平面上的一條曲線來表征,這條曲線稱為該元件的伏安特性曲線。
1. 線性電阻器的伏安特性曲線是一條通過坐標原點的直線,該直線的斜率等于該電阻器的電阻值。 如圖3-1中a所示

2. 一般的白熾燈在工作時燈絲處于
高溫狀態, 其燈絲電阻隨著溫度的升高
而增大,通過白熾燈的電流越大,其溫度
越高,阻值也越大,一般燈泡的“冷電阻”
與“熱電阻”的阻值可相差幾倍至十幾倍,
所以它的伏安特性如圖3-1中b曲線所示。
3. 一般的半導體二極管是一個非線性
電阻元件,其伏安特性正向壓降很。ㄒ话愕逆N管約為0.2~0.3V,
硅管約為0.5~0.7V),正向電流隨正向壓降的升高而急驟上升,而反向電壓從零一直增加到十多至幾十伏時,其反向電流增加很小,粗略地可視為零?梢,二極管具有單向導電性,但反向電壓加得過高,超過管子的極限值,則會導致管子擊穿損壞。
4. 穩壓二極管是一種特殊的半導體二極管,其正向特性與普通二極管類似,但其反向特性較特別,如圖3-1中d所示。在反向電壓開始增加時,其反向電流幾乎為零,但當電壓增加到某一數值時(稱為管子的穩壓值,有各種不同穩壓值的穩壓管)電流將突然增加,以后它的端電壓將基本維持恒定,當外加的反向電壓繼續升高時其端電壓僅有少量增加。
注意:流過二極管或穩壓二極管的電流不能超過管子的極限值,否則管子會被燒壞。
三、實驗設備:

序號 名    型號與規格 數量 備注
1 可調直流穩壓電源 0~30V 1  
2 萬  用  表 FM-47或其他 1 自備
3 直流數字毫安表 0~200mA 1 實驗屏上
4 直流數字電壓表 0~200V 1 實驗屏上
5 二  極  管 IN4007 1 SYDG05
6 穩  壓  管 2CP15 1 SYDG05
7 白  熾  燈 12V,0.1A 1 SYDG05
8 線性電阻 200Ω,510Ω/2W 1 SYDG05
四、實驗內容:
  1. 測定線性電阻器的伏安特性
按圖3-2接線,調節穩壓電源的輸出電壓U,從0 伏開始緩慢地增加,一直到10V,記下相應的電壓表和電流表的讀數UR、I。

       
   

                                   圖 3-2                                                                  圖 3-3
UR(V) 0      2       4       6       8       10
I(mA)  
2. 測定非線性白熾燈泡的伏安特性
將圖3-2中的R換成一只12V,0.1A的燈泡,重復步驟1。UL為燈泡的端電壓。

UL(V) 0.1 0.5 1 2 3 4 5
I(mA)              
3. 測定半導體二極管的伏安特性
按圖3-3接線,R為限流電阻器。測二極管的正向特性時,其正向電流不得超過35mA,二極管D的正向施壓UD+可在0~0.75V之間取值。在0.5~0.75V之間應多取幾個測量點。測反向特性時,只需將圖3-3 中的二極管D反接,且其反向施壓UD可達30V。
正向特性實驗數據

 UD+ (V) 0.10 0.30 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75
I(mA)                
  
反向特性實驗數據

 UD(V) 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30
I(mA)              
  4. 測定穩壓二極管的伏安特性
(1)正向特性實驗:將圖3-3中的二極管換成穩壓二極管2CP15,重復實驗內容3中的正向測量。UZ+為2CP15的正向施壓。

UZ+(V)  
I(mA)  
(2)反向特性實驗:將圖3-3中的R換成510Ω,2CP15反接,測量2CP15的反向特性。穩壓電源的輸出電壓UO從0~20V,測量2CP15二端的電壓UZ及電流I,由UZ可看出其穩壓特性。
UO(V)  
UZ(V)  
I(mA)  
五、實驗注意事項:
1. 測二極管正向特性時,穩壓電源輸出應由小至大逐漸增加, 應時刻注意電流表讀數不得超過35mA。
2. 如果要測定2AP9的伏安特性,則正向特性的電壓值應取0,0.10,0.13,0.15,0.17,0.19,0.21,0.24,0.30(V),反向特性的電壓值取0,2,4,……,10(V)。
3. 進行不同實驗時,應先估算電壓和電流值,合理選擇儀表的量程,                         勿使儀表超量程,儀表的極性亦不可接錯。
六、思考題:
  1. 線性電阻與非線性電阻的概念是什么? 電阻器與二極管的伏安特性有何區別?
2. 設某器件伏安特性曲線的函數式為I=f(U),試問在逐點繪制曲線時,其坐標變量應如何放置?
3. 穩壓二極管與普通二極管有何區別,其用途如何?
4. 在圖3-3中,設U=2V,UD+=0.7V,則mA表讀數為多少?
七、實驗報告:
1. 根據各實驗數據,分別在方格紙上繪制出光滑的伏安特性曲線。(其中二極管和穩壓管的正、反向特性均要求畫在同一張圖中,正、反向電壓可取為不同的比例尺)
2. 根據實驗結果,總結、歸納被測各元件的特性。
3. 必要的誤差分析。
4. 心得體會及其他。


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