实验3电路元件特性曲线的伏安测量法

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日期：    9月30日   

桌号：        B8      

实验报告

课程名称：      电路域电子技术实验Ⅰ     指导老师：          成绩：__________________

实验名称： 电路元件特性曲线的伏安测量法  实验类型：  基本测量实验  同组学生姓名：__________

一、实验目的和要求（必填）                        二、实验内容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填）                        四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理                            六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

1、实验目的和要求

1、熟悉电路元件的特性曲线

2、熟悉非线性电阻元件特性曲线的伏安测量方法

3、掌握伏安测量法中测量样点的选择和绘制曲线的方法

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2、实验内容和原理

1、元件的特性曲线

在电路原理中，元件特性曲线是指特定平面上定义的一条曲线。电阻元件的特性曲线就是在u-i平面上的一条曲线。当曲线变为直线时，与其相对应的元件即为线性电阻器，直线的斜率即为该电阻器的电阻值。非线性电阻的伏安特性在u-i平面上是一条曲线。

2、晶体二极管

普通晶体二极管的特点是正向电阻和反向电阻区别很大。正向压降很小，正向电流随正向压降的升高而急剧升高，而反向电压从零一直增加到十几伏甚至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。可见，二极管具有单向导电性，如果反向电压加的过高，超过了管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。

3、稳压二极管

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，但其反向特性则与普通二极管不同，在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当反向电压增加到某一数值（稳压值）时，电流将突然增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高二增大。

4、非线性电阻元件特性曲线的逐点伏安测量法

元件的伏安特性可以用电压表、电流表测定，称为逐点伏安测量法。伏安法呀·原理简单，测量方便，但由于仪表内阻会影响测量的结果，因此必须注意仪表的合理接法。采用伏安法测量二极管特性时，限流电阻以及直流稳压源的变化范围与特性曲线的测量范围是有关系的，要根据实验设备的具体要求来确定。

在综合考虑测量效率和获得良好曲线效果的前提下，测量点的选择十分关键，由于二极管的特性曲线在不

同的电压区间有不同的形状，因此测量时需要合理采用调电压或者调电阻的方式来有效控制测量样点。

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3、主要仪器设备

元器件板、直流电源、直流电压表、电流表、数字万用表

4、操作方法和实验步骤

1、不加R测量普通晶体二极管的伏安特性

根据特性曲线的逐点伏安测量法接线图连接电路，将电压从零开始缓慢调节，观察记录电压表和电流表的示数变化，再将二极管反向测量，观察记录二极管的反向电压、电流变化。根据记录的电压值与电流值画出二极管的伏安特性曲线。

2、加R测量普通晶体二极管的伏安特性

在电路中串联入十进制电阻箱，再次从零电压开始调节输出电压与限流电阻，观察记录电压表、电流表示数，根据记录的电压值与电流值画出伏安特性曲线，并与1中画出的曲线进行比较分析。

3、装    订    线

测量稳压二极管的伏安特性

将电路中的晶体管换为稳压二极管，按照2的步骤再次调节输出电压与限流电阻，观察记录电压表、电流表数据，并根据数据画出伏安特性曲线，与普通二极管比较。

4、附加题：将电压源换为电流源，再次测量稳压二极管的伏安特性曲线，观察能否测量以及测量数据与3的不同。

逐点伏安测量法的接线图：

1、晶体二极管，无限流电阻：

3、稳压二极管，稳压源：

2、晶体二极管，有限流电阻：

4、稳压二极管，恒流源：

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五、实验数据记录和处理

逐点伏安测量法的测量数据（晶体二极管，无限流电阻）

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逐点伏安测量法的测量数据（稳压二极管，稳压源）

逐点伏安测量法的测量数据（稳压二极管，恒流源）

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晶体二极管的伏安特性曲线（无限流电阻）

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分析：

（1）晶体二极管不是线性元件，其电阻值会随两端电压的变化而变化，当其正向端电压小于0.5V时其电阻很大，通过电流基本为0；当电压大于0.5V时，电阻开始减小；当端电压大于0.7V时，二极管电阻迅速减小，通过电流迅速增大。

（2）晶体二极管的伏安特性曲线不关于原点对称。当正向电压达到0.5V时开始有明显电流通过，而反向电压在可调范围内增大时，二极管始终无电流通过。表明其有单向导电性。

晶体二极管的伏安特性曲线（有限流电阻）

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分析：对比二极管伏安特性曲线加电阻和不加电阻的区别

从伏安特性曲线上看来，加不加限流电阻并不影响二极管的伏安特性。其伏安特性曲线均为小于0.5V时接近0，大于0.5V时电流开始随电压迅速增大的曲线。

但是在实验过程中，调节稳压源时可以明显地感觉到，加入限流电阻后调节方便的多。没加电阻时，电源电压约等于二极管的端电压，当电压大于0.5V时，稍微变动稳压源的输出电压就会使通过二极管的电流大幅度变化，不便于测量和记录。加入电阻后，当二极管端电压小于0.5V时，二极管阻值很大，端电压接近电源电压。当其端电压大于0.5V后，电阻值减小，电阻分压，使得二极管端电压小于电源的输出电压。此时调节输出电压，二极管的端电压与电流变化较小，易于调节测量。

稳压二极管的伏安特性曲线（稳压）

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分析：

当稳压二极管两端接正向电压时，其伏安特性曲线与普通晶体二极管类似。而当其两端接反向电压时，则与普通二极管不同。当反向电压小于4.5V时稳压二极管电阻值极大，通过电流基本为0，当反向电压在4.5V~5V时，其电阻值开始减小，开始有微小电流通过。当反向电压达到5V以上时，电阻开始迅速减小，通过电流迅速增大，使两端电压基本维持稳定。

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稳压二极管的伏安特性曲线（恒流）

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分析：如果换电流源能否测定以上内容，有何不同？

根据数据可以看出，当正向电压大于0.5V或反向电压大于4V时，恒流源与稳压源测出的伏安特性基本相同。用稳压源测试时，可以将其两端电压从零开始连续调节，但用恒流源进行试验时，正向电压只能从0.3V左右开始调节，反向电压则只能从3V开始调节。因为稳压二极管的电阻值会随通过其的电流的改变而改变，当电流从零变为非零值时，其阻值会有一个突变，两端电压也会突变。所以恒流源无法用于测量二极管门限电压内的伏安特性，而对大于门限电压的部分测量不受影响。

7、讨论、心得

经过这次对电路元件伏安特性曲线的伏安测量法实验，我对二极管有了更直观，更深刻的了解。我了解到二极管的单向导电性是因其中的PN结而产生的。当其端电压达到门限电压后二极管的电阻就会迅速减小。而其反向电阻更大，也需要更大的电压才能够击穿。

而对于稳压二极管，它正向的伏安特性跟普通二极管基本一样，但是反向的门限电压比普通二极管的击穿电压小得多，并且达到门限电压后电阻值下降迅速，可以基本保持其两端电压在5V左右。

另外在试验中我也学会了用逐点伏安测量法来测量元件伏安特性曲线的方法。在实验过程中，根据老师提醒，我们在0.5V左右曲线转弯处多测了一些数据，在后来的连点描线做图过程中，我充分感受到了在转角处测多组数据的重要性，直线区域数据点少了影响并不会太大，但如果转弯处的点少了，转弯的弧

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度就会改变，从而产生误差。要想得到准确的曲线，就必须测得充足的数据，特别是在趋势变化处。

另外对实验电源的选择也会影响实验结果。例如这次分别用恒流电源和稳压电源测量稳压二极管的伏安特性曲线时就会发现恒流源无法使电压连续变化，从而无法测得电压较小处的伏安特性。在以后的试验中都需要考虑全面实验的原理、元件的特性，从而正确地选择仪表、电源等设备，保证实验能正常进行装    订    线

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