1、電學(xué)元件的伏安特性一個電學(xué)元件兩端電壓與通過電流之間的關(guān)系稱為伏安特性，通常用縱坐標(biāo)表示電流I、橫坐標(biāo)表示電壓U，以此畫出的I-U圖像稱為伏安特性曲線圖，用來研究電學(xué)元件的變化規(guī)律。電路中有各種電學(xué)元件，如碳膜電阻、線繞電阻，半導(dǎo)體二極管、三極管，以及光敏和熱敏元件等，人們需要了解它們的伏安特性，以便正確地選用。【實驗?zāi)康摹?1) 學(xué)習(xí)使用基本電學(xué)儀器及線路連接方法。 (2) 測繪電阻、小燈泡和二極管的伏安特性曲線，了解晶體二極管的單向?qū)щ娞匦?，學(xué)會用圖線表示實驗結(jié)果。(3) 學(xué)習(xí)根據(jù)儀表等級正確記錄有效數(shù)字及計算儀表誤差【實驗儀器】直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源、滑線式變阻器、直流數(shù)字電壓表、電流表、待測

2、電阻、待測小燈泡、待測二極管、導(dǎo)線?！緦嶒炘怼恳弧㈦妼W(xué)元件的伏安特性曲線1. 線性元件對于碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻等電學(xué)元件來說，在通常情況下，通過元件的電流與加在元件兩端的電壓成正比關(guān)系變化，即伏安特性曲線為一直線，這類元件稱為線性元件，如圖3-6-1所示圖3-6-1 線性元件的伏安特性2. 非線性元件通過半導(dǎo)體二極管、穩(wěn)壓管等元件的電流與元件兩端的電壓不是線性關(guān)系，其伏安特性為一曲線，這類元件稱為非線性元件。此類元件其阻值為變量，不僅與外加電壓的大小有關(guān)，而且還與其方向有關(guān)，圖3-6-2就是非線性元件的一種，稱為晶體二極管，又叫半導(dǎo)體二極管。圖3-6-2晶體二極管的伏安特性曲線半導(dǎo)

3、體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間，如果在純凈的半導(dǎo)體中適當(dāng)摻雜微量元素，其導(dǎo)電能力會顯著增加。根據(jù)摻入的雜質(zhì)可將半導(dǎo)體分為兩種類型：一種是加入雜質(zhì)后，在半導(dǎo)體中會產(chǎn)生許多帶負(fù)電的電子，稱為n型半導(dǎo)體，也叫電子型半導(dǎo)體；另一種是加入雜質(zhì)后，半導(dǎo)體中會產(chǎn)生許多缺少電子的空穴，稱為p型半導(dǎo)體，也叫空穴型半導(dǎo)體。晶體二極管為一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場；它有正負(fù)兩個電極，正極由p型半導(dǎo)體引出，負(fù)極由n型半導(dǎo)體引出，如圖3-6-3(a)所示。圖3-6-3晶體二極管的結(jié)構(gòu)及其表示方法當(dāng)不存在外加電壓時，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和

4、自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，如圖3-6-4圖3-6-4 p-n結(jié)的形成和單向?qū)щ娞匦栽陔娮与娐分?，將二極管的正極接在高電位端，負(fù)極接在低電位端，二極管就會導(dǎo)通，這種連接方式，稱為正向偏置。當(dāng)外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的相互抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流，如圖3-6-4，二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦?。必須說明的是二極管兩端的正向電壓非常小時，二極管仍然不能導(dǎo)通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值(稱為“門檻電壓”，鍺二極管約為0.2V，硅二極管約為0.6V)以后，二極管才能真正導(dǎo)通；導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變(鍺二

5、極管約為0.3V，硅二極管約為0.7V)，稱為二極管的“正向壓降”。在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負(fù)極接在高電位端，此時二極管中幾乎沒有電流流過，此時二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。當(dāng)外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0，如圖3-6-4當(dāng)二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，p-n結(jié)空間電荷層中的電場強度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，反向電流會急劇增大，二極管將失去單方向?qū)щ娞匦?，這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。用來表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術(shù)指標(biāo)，稱為二極管的參數(shù)

6、。不同類型的二極管有不同的特性參數(shù)。對初學(xué)者而言，必須了解以下幾個主要參數(shù)：1、額定正向工作電流是指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值。因為電流通過管子時會使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度(硅二極管為140左右，鍺二極管為90左右)時，就會使管芯過熱而損壞。所以，二極管使用中不要超過二極管額定正向工作電流值。例如常用的IN40014007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。2、最高反向工作電壓加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時，會將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰?。為了保證使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值。例如，IN4001二極管反向耐壓為50V，IN4007反向耐壓為1000V

7、。3、反向電流反向電流是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下流過二極管的反向電流，反向電流越小，二極管的單向?qū)щ娦阅茉胶谩Ｖ档米⒁獾氖欠聪螂娏髋c溫度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升高10，反向電流增大一倍。例如2AP1型鍺二極管，在25時反向電流若為250uA，溫度升高到35，反向電流將上升到500uA，依此類推，在75時，它的反向電流已達(dá)8mA，不僅失去了單方向?qū)щ娞匦?，還會使管子過熱而損壞。二、分壓電路如圖3-6-5所示，將變阻器R的兩個固定端A和B接到直流電源E上，而將滑動端C和任一固定端(A或B，圖中為B)作為分壓的兩個輸出端接至負(fù)載RL。圖 3-6-5分壓電路圖3-6-5中B端電位最

8、低，C端電位較高，CB間分壓大小U隨滑動端C的位置改變而改變，U值可由電壓表來測量。變阻器的這種接法通常稱為分壓器接法。分壓器的安全位置一般是將C滑至B，這時分壓為零。三、實驗線路的比較與選擇圖 3-6-6電流表的內(nèi)接法和外接法在測量電阻R的伏安特性的線路中，常用兩種接法，即圖3-6-6(a)中電流表內(nèi)接法和圖3-6-6 (b)中電流表外接法。電壓表和電流表都有一定的內(nèi)阻(分別設(shè)為RU和RI)。簡化處理時直接用電壓表讀數(shù)U除以電流I得到被測電阻值R，即，這樣會引起一定的系統(tǒng)誤差。當(dāng)電流表內(nèi)接時，電壓表讀數(shù)比電阻端電壓值大，這時應(yīng)有 (3-6-1)在電流表外接時，電流表讀數(shù)比電阻R中流過的電流大

9、，這時應(yīng)有 (3-6-2)顯然，如果簡單地用作為被測電阻值，電流表內(nèi)接法的結(jié)果偏大，而電流表外接法的結(jié)果偏小，都有一定的系統(tǒng)誤差。為了減少上述系統(tǒng)誤差，測電阻的方案就可這樣選擇：比較和的大小(R取粗測值或已知約值)，前者大則選電流表內(nèi)接法，后者大則選電流表外接法。如果實驗中所用的電壓表和電流表為指針式磁電式表，量程和準(zhǔn)確度等級一定時，則誤差估算：由，得 (3-6-3)可見，要使電阻的測量準(zhǔn)確度高，線路參數(shù)的選擇應(yīng)使電表讀數(shù)盡可能接近滿量程。【注意事項】(1)在每次改換線路之前都應(yīng)將滑線式變阻器(分壓器)的輸出電壓調(diào)至最小，并斷開電源。(2)實驗操作時注意電壓表和電流表都不要超過量限?！緦嶒瀮?nèi)容

10、】一、測繪電阻的伏安特性曲線線路的連接、電表量程的選取及電源的取值如圖3-6-7所示，在010 V范圍內(nèi)測電阻的伏安特性，記錄數(shù)據(jù)填入表3-6-1中，并描繪出其伏安特性曲線。圖3-6-7測繪電阻的伏安特性線路圖二、測繪小燈泡的伏安特性曲線線路的連接、電表量程的選取及電源的取值如圖3-6-8所示。在02 V范圍內(nèi)測量小燈泡的伏安特性，記錄數(shù)據(jù)填入表3-6-2中，并描繪其伏安特性曲線。圖3-6-8測繪小燈泡的伏安特性線路圖三、測繪二極管的伏安特性曲線(1)二極管正向伏安特性。線路的連接、電表量程的選取及電源的取值如圖3-6-9所示。將滑線式變阻器的滑動端調(diào)至電壓為零位置，然后接通電源，逐漸增加電壓

11、，測出8組電壓與相對應(yīng)的電流值，填入表3-6-3中，并描繪其伏安特性曲線。實驗中要保證電流小于20 mA，以免燒壞二極管。(2)二極管反向伏安特性。線路的連接、電表量程的選取及電源的取值如圖3-6-10所示。測出二極管的反向伏安特性，并描繪其伏安特性曲線，實驗中保證電流小于100 A。(3)二極管的正向及反向伏安特性曲線應(yīng)畫在同一個圖上，反向的U和I均取負(fù)值，坐標(biāo)軸的正反向單位可以不同。 （a）正向 （b）反向圖3-6-9測繪二極管伏安特性線路圖【數(shù)據(jù)與結(jié)果】1. 電阻伏安特性曲線的測定（表3-6-1）表3-6-1測量序數(shù)12345678U/VI/mA2. 小燈泡的伏安特性曲線的測定表（表3-6-2）表3-6-2測量序數(shù)12345678U/VI/mA3. 二極管的伏安特性曲線的測定表（表3-6-3）表3-6-2測量序數(shù)12345678正向U/VI/mA反向U/VI/mA思考題1.