電路分析實(shí)驗(yàn)箱--電路元件伏安特性的測(cè)量
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br />
1、學(xué)會(huì)識(shí)別常用電路和元件的方法。
2、掌握線性電阻、非線性電阻元件及電壓源和電流源的伏安特性的測(cè)試方法。
3、學(xué)會(huì)常用直流電工儀表和設(shè)備的使用方法。
二、實(shí)驗(yàn)原理
任何一個(gè)二端元件的特性可用該元件上的端電壓U與通過(guò)該元件的電流I之間的函數(shù)關(guān)系I=f(U)表示，即I-U平面上的一條曲線來(lái)表征，即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(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，如圖1-1中a曲線所示，該直線的斜率等于該電阻器的電阻值。
2、一般的白熾燈在工作時(shí)燈絲處于高溫狀態(tài)，其燈絲電阻隨著溫度的升高而增大。通過(guò)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”的阻值相差幾倍至幾十倍，所以它的伏安特性曲線如圖1-1中b曲線所示。
3、一般的半導(dǎo)體二極管是一個(gè)非線性電阻元件，其伏安特性曲線如圖1-1中c曲線所示。正向壓降很小（一般的鍺管約為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劇上升，而反向電壓從零一直增加到幾十伏時(shí)，其反向電流增加很小，粗略地可視為零?？梢?jiàn)，二極管具有單向?qū)щ娦?，但反向電壓加得過(guò)高，超過(guò)管子的極限值，則會(huì)導(dǎo)致管子擊穿損壞。
4、穩(wěn)壓二極管是一種特殊的半導(dǎo)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1-1中d曲線所示。在反向電壓開(kāi)始增加時(shí)，其反向電流幾乎為零，但當(dāng)電壓增加到某一數(shù)值時(shí)（稱為管子的穩(wěn)壓值，有各種不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管）電流將突然增加，以后它的端電壓將維持恒定，不再隨外加的反向電壓升高而增大。注意：流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流不能超過(guò)管子的極限值，否則管子會(huì)被燒壞。
圖 1-1 各種電路元件的伏安特性曲線
三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
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序號(hào) |
名稱 |
型號(hào)與規(guī)格 |
數(shù)量 |
備注 |
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1 |
可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 |
0～12V |
1 |
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2 |
萬(wàn)用表 |
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1 |
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3 |
直流數(shù)字毫安表 |
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1 |
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4 |
直流數(shù)字電壓表 |
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1 |
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5 |
可調(diào)電位器或滑線變阻器 |
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1 |
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6 |
二極管 |
2CP15（或IN4007） |
1 |
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7 |
穩(wěn)壓管 |
2CW51 |
1 |
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8 |
白熾燈 |
6.3V |
1 |
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9 |
線性電阻 |
1KΩ/1W |
1 |
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四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1、測(cè)定線性電阻器的伏安特性
按圖1-2接線，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源的輸出電壓U，從0伏開(kāi)始緩慢地增加，一直到10V，記下相應(yīng)的電壓表和電流表的讀數(shù)U
R、I。
圖1-2
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UR(V) |
0 |
3 |
4 |
5 |
7 |
8 |
10 |
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I(mA) |
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※2、測(cè)定非線性白熾燈泡的伏安特性
將圖1-2中的RL換成一只6.3V的汽車(chē)燈泡，重復(fù)1的步驟。
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UR(V) |
0 |
3 |
4 |
5 |
7 |
8 |
10 |
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I(mA) |
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3、測(cè)定半導(dǎo)體二極管的伏安特性
按圖1-3接線，R為限流電阻器。測(cè)二極管的正向特性時(shí)，其正向電流不得超過(guò)5mA，二極管D的正向施壓UD+可在0～0.75V之間取值，特別是在0.5～0.75V之間更應(yīng)多取幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)。做反向特性實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需將圖1-3中的二極管D反接，且其反向施壓UD－可加到30V。
圖1-3
正向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
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UD+(V) |
0.10 |
0.30 |
0.50 |
0.55 |
0.60 |
0.65 |
0.70 |
0.75 |
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I (mA) |
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反向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
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UD－(V) |
-3 |
－5 |
－10 |
－20 |
－30 |
－35 |
－40 |
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I (mA) |
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※4、測(cè)定穩(wěn)壓二極管的伏安特性
只要將圖1-3中的二極管換成穩(wěn)壓二極管，重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3的測(cè)量。測(cè)量點(diǎn)自定。
正向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
反向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
5、測(cè)定電壓源伏安特性
圖1-4
按圖1-4連接電路圖，調(diào)節(jié)U為5V，改變R
L的值，測(cè)量U和I的值。記入下表中：
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RL（Ω） |
100 |
200 |
300 |
500 |
600 |
700 |
800 |
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I(mA) |
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U(V) |
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6、測(cè)定電流源伏安特性
圖1-5
按圖1-5接好電路圖，調(diào)節(jié)R
L的值，測(cè)出各種不同RL值時(shí)的I和U，記入表中：
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RL（Ω） |
100 |
200 |
300 |
500 |
600 |
700 |
800 |
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I(mA) |
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U(V) |
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六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
1、測(cè)二極管正向特性時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出應(yīng)由小至大逐漸增加，應(yīng)時(shí)刻注意電流表讀數(shù)不得超過(guò)15mA。
2、進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先估算電壓和電流值，合理選擇儀表的量程，切勿使儀表超量程，儀表的極性亦不可接錯(cuò)。
七、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(qū)別？
2、設(shè)某器件伏安特性曲線的函數(shù)式為I = f(U)，試問(wèn)在逐點(diǎn)繪制曲線時(shí)，其坐標(biāo)變量應(yīng)如何放置？
3、在圖1-3中，設(shè)U=3V，U
D+ = 0.7V，則毫安表（mA）表讀數(shù)為多少？
4、穩(wěn)壓二極管與普通二極管有何區(qū)別，其用途如何？
八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告
1、根據(jù)各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，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(wěn)壓管的正、反向特性均要求畫(huà)在同一張圖中，正、反向電壓可取為不同的比例尺）。
2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)、歸納各被測(cè)元件的特性。
3、必要的誤差分析。
