电路元件伏安特性的测量

实验目的：

1. 掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测量方法；

2. 掌握伏安测量法中测量样点的选择和绘制曲线的方法；

3. 学习直读式仪表和直流稳压电源等设备的使用方法。

实验原理、内容及步骤：

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之间的函数关系I=f（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。

万用表的欧姆挡只能在某一特定的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。一般采用含源电路“在线”状态下测量元件的端电压对应的电流值，进而由公式R=U/I来求电阻值。

1. 线性电阻元件的伏安特性符合欧姆定律U=RI，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3-1（a）所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。

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，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，即对一组变换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3-1（b）所示。

3. 普通的半导体二极管也是一种非线性电阻元件，其伏安特性如图3-1（c）所示。二极管的电阻值随着电压或电流的大小，方向的改变而改变。它的正向压降很小（一般锗管约为0.2-0.3V，硅管约为0.5~0.7V），正向电流随正向压降升高而急剧上升，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0.5-五、V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，其正向特性与普通的二极管类似，但其反向特性较特殊，如图3-1（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。

图3-1 线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线

绘制伏安特性曲线通常采用逐点测试法，电阻元件在不同的端电压U作用下，测量出相应的电流I，然后逐点绘制出伏安特性曲线I=f(U)，根据伏安特性曲线便可计算出电阻元件的阻值。

三、实验内容与步骤

1. 测量线性电阻的伏安特性

（1）按照图3-2所示电路，在“线性电路研究模块”实验板上选取元件，结合实验箱提供的直流稳压电源，搭建实验电路（搭建电路时应先关闭实验箱电源）；

（2）搭建电路时，先不接直流稳压电源。图3-2中，用2R5代替限流电阻R，2R12为电阻R1，电流表正极与2P09相连，负极与电阻2R12的2P41相连，使电流表串联到电路中，2R12的另一端2P40与地（GND）相连，电压表与2R12并联接入电路。

（3）信号源模块上的+5V电压与直流稳压电源输入P02相连，调节稳压源左侧电位器W3可调节稳压电源输出的大小，顺时针调到底稳压源输出最小（+5V左右），逆时针调到底电压最大（最大为+35V左右），我们将该电压调到最小（顺时针调到底）。

（4）打开实验箱电源，用直流电压表测量稳压源输出P03是否为5V左右，然后将稳压源输出接入图3-2电路。即P03与2P07相连。

（5）慢慢调节稳压电源的输出电压U，从5V开始慢慢增加，不得超过10V（电压太大有可能烧坏电路中的电阻元件）。在表3-1中记下相应的电压表和电流表的读数。

（6）由公式U1/I 计算出电阻值R′的值，并计入表3-1中，比较与实际测量值是否相同。

U（V）	5	6	7	8	9	10
U 1（V））	5.01	6.02	7.11	8.00	9.00	10,0
I(mA)	0.03	0.04	0.046	0.05	0.66	0.067
R1（KΩ）=	151	151	155	155	156	150

图3-2 元件伏安特性的测量、

表3-1 测量线性电阻的伏安特性

U（V）	5	6	7	8	9	10
U 1（V））	5.01	6.02	7.11	8.00	9.00	10,0
I(mA)	0.03	0.04	0.046	0.05	0.66	0.067
R1（KΩ）=	151	151	155	155	156	150

2.测量半导体二极管的伏安特性

（1）关闭实验箱电源，按图3-2，将电阻R1换成半导体二极管2D1，先测二极管的正向特性，即2D1的正极2P26与电流表负极相连，2D1负极2P25与地（GND）相连，正向压降可在0～0.75V之间取值。由于本实验箱可调稳压源其输出范围在5～35V之间，而该实验需要的电压范围在0～0.75V之间，所以要对稳压源进行分压后再接入实验电路。使用本模块上的电位器2W1来实现分压。具体方法是：将信号源模块上的+5V接到稳压源的输入P02,稳压源输出P03接电位器2W1的2P46，2P44接地（GND），电位器中心抽头2P45为分压输出接2P07，2P09接电流表正极，首先调整W3使稳压源输出为最小（W3顺时针调到底），这样调整2W1可以使分压输出在0～0.75V。