1、課程名稱：電路與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)I指導(dǎo)老師:成績(jī)：實(shí)驗(yàn)名稱：電路元件特性曲線的伏安測(cè)量法和示波器觀測(cè)法實(shí)驗(yàn)類型：基礎(chǔ)規(guī)范型實(shí)驗(yàn)同組學(xué)牛姓名:一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┤?、主要儀器設(shè)備（必填）五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理七、討論、心得二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1. 熟悉電路元件的特性曲線2. 學(xué)習(xí)非線性電阻元件特性曲線的伏安測(cè)量方法3. 掌握伏安測(cè)量法中測(cè)量樣點(diǎn)的選擇和繪制曲線的方法4. 學(xué)習(xí)非線性電阻元件特性曲線的示波器觀測(cè)方法5. 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，用示波器觀測(cè)電容的特性曲線6. 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，用示波器觀測(cè)鐵心電感線圈的特性曲線二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和

2、原理1. 元件的特性曲線在電路原理中，元件特性曲線是指特定平面上定義的一條曲線。例如，白熾燈泡在工作時(shí)，燈絲處于高溫狀態(tài)，其燈絲電阻隨著溫度的改變而改變，并且具有定的慣性；又因?yàn)闇囟鹊母淖兣c流過燈泡的電流有關(guān)，所以它的伏安特性為一條曲線。電流越大、溫度越高，對(duì)應(yīng)的燈絲電阻也越大。一般燈泡的“冷電阻”與“熱電阻”可相差幾倍至十幾倍。該曲線的函數(shù)關(guān)系式稱為電阻元件的伏安特性，電阻元件的特性曲線就是在u-i平面上的一條曲線。當(dāng)曲線變?yōu)橹本€時(shí)，與其相對(duì)應(yīng)的元件即為線性電阻器，直線的斜率為該電阻器的電阻值。電容和電感的特性曲線分別為庫(kù)伏特性和韋安特性，與電阻的伏安特性類似。線性電阻，元件的伏安特性符合歐

3、姆定律，它在u-i平面上是一條通過原點(diǎn)的直線，如圖7-3-2所示。該特性曲線各點(diǎn)斜率與元件電壓、電流的大小和方向無關(guān)，所以線性電阻元件是雙向性元件。非線性電阻的伏安特性在u-i平面上是一條曲線。如圖所示，分為普通晶體二極管、穩(wěn)壓二極管、隧道二極管和輝光二極管的伏安特性。普通晶體一極管的特點(diǎn)是正向電阻和反向電阻區(qū)別很大。正向壓降很小，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幾伏至幾十伏時(shí)，其反向電流增加很小，粗略地可視為零?？梢姡O管具有單向?qū)щ娦?，如果反向電壓加得過高，超過管子的極限值，則會(huì)導(dǎo)致管子擊穿損壞。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

4、，但其反向特性則與普通二極管不同，在反向電壓開始增加時(shí)，其反向電流幾乎為零，但當(dāng)反向電壓增加到某一數(shù)值時(shí)（稱為管子的穩(wěn)壓值），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，此時(shí)要注意穩(wěn)壓管中的電流不能超過其功率所限定的電流值。上述兩種二極管的伏安特性均屬于單調(diào)型，電壓與電流之間是單調(diào)函數(shù)。2. 非線性電阻元件特性曲線的逐點(diǎn)伏安測(cè)量法元件的伏安特性可以用電壓表、電流表測(cè)定，稱為逐點(diǎn)伏安測(cè)量法。伏安法原理簡(jiǎn)單，測(cè)量方便，但由于儀表內(nèi)阻會(huì)影響測(cè)量的結(jié)果，因此必須注意儀表的合理接法。R為限流電阻，測(cè)二極管D的正向特性時(shí)，其正向電流不得超過二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)允許通過的最大半波整

5、流電流平均值，否則，二極管將被燒壞。做反向特性實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需將二極管3反接，其反向電壓不能超過反向擊穿電壓。當(dāng)反向電壓超過UBR。時(shí)，反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦阅鼙黄茐?，甚至引起二極管損壞。采用伏安法測(cè)量二極管特性時(shí)，限流電阻以及直流穩(wěn)壓源的變化范圍與特性曲線的測(cè)量范圍是有關(guān)系的，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的具體要求來確定。在綜合考慮測(cè)量效率和獲得良好曲線效果的前提下，測(cè)量點(diǎn)的選擇十分關(guān)鍵，由于二極管的特性曲線在不同的電壓區(qū)間具有不同的形狀，因此測(cè)量時(shí)需要合理采用調(diào)電壓或調(diào)電阻的方式來有效控制測(cè)量樣點(diǎn)。3. 元件特性曲線的示波器觀測(cè)法示波器置于X-Y工作方式，將電阻元件兩端的電壓接入示波器Y軸輸入端

6、，取樣電阻r兩端的電壓接入X軸輸入端，適當(dāng)調(diào)節(jié)Y軸和X軸的幅值，熒光屏上就能顯示出電阻R的伏安特性曲線。4. 鐵心磁滯回線的觀測(cè)由于變壓器鐵心的磁非線性，其磁化特性為一族回環(huán)稱為磁滯回線。對(duì)應(yīng)于不同的激磁電流峰值，有不同的回線。三、主要儀器設(shè)備數(shù)字萬用表、電工綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)、DG07多功能網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)組件、信號(hào)源、DS1042示波器、信號(hào)發(fā)生器四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟1. 實(shí)驗(yàn)一：測(cè)定并繪制二極管的伏安特性曲線(1) 將萬用表調(diào)至二極管檔，測(cè)量普通二極管的導(dǎo)通電壓。(2) 將試驗(yàn)臺(tái)電源開啟，按電路圖連接各元件。(3) 將電壓由0逐漸增大，在表格中記錄電流數(shù)據(jù)。(4) 將二極管反向接通，將電壓由0逐漸增大

7、，在表格中記錄電流數(shù)據(jù)。(5) 在Excel中輸入數(shù)據(jù)，繪制伏安特性曲線。2. 實(shí)驗(yàn)二：測(cè)定并繪制穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線(1) 將萬用表調(diào)至二極管檔，測(cè)量穩(wěn)壓二極管的導(dǎo)通電壓。(2) 將試驗(yàn)臺(tái)電源開啟，按電路圖連接各元件。(3) 將電壓由0逐漸增大，在表格中記錄電流數(shù)據(jù)。(4) 將二極管反向接通，將電壓由0逐漸增大，在表格中記錄電流數(shù)據(jù)。(5) 在Excel中輸入數(shù)據(jù)，繪制伏安特性曲線。3. 實(shí)驗(yàn)三：測(cè)定并繪制小燈泡的伏安特性曲線(1) 將試驗(yàn)臺(tái)電源開啟，按電路圖連接各元件。(2) 將電壓由0逐漸增大，在表格中記錄電流數(shù)據(jù)。(3) 在Excel中輸入數(shù)據(jù)，繪制伏安特性曲線。0芯匕平©

8、;4. 實(shí)驗(yàn)四：示波器觀測(cè)普通二極管的伏安特性(1) 將示波器、信號(hào)發(fā)生器電源開啟(2) 按共地連接電路圖連接電路，分別將示波器的CH1、CH2輸入端連接入電路。(3) 在示波器上通過旋轉(zhuǎn)旋鈕調(diào)節(jié)波形，直至波形能夠完整地顯示在屏幕中央，同時(shí)使左側(cè)光標(biāo)位于水平軸線上，使上方光標(biāo)位于豎直軸線上。(4) 在示波器上選擇“measure”，分別測(cè)量CH1與CH2端口輸入電壓的峰值。(5) 調(diào)節(jié)時(shí)基，使坐標(biāo)由“Y-T”變?yōu)椤癤-Y”，屏幕上出現(xiàn)李薩如圖形。(6)記錄數(shù)據(jù)與圖形。(7)將電路重新連接，按浮地連接電路圖連接電路。實(shí)驗(yàn)步驟同上。5. 實(shí)驗(yàn)四：示波器觀測(cè)穩(wěn)壓二極管的伏安特性實(shí)驗(yàn)步驟與電路圖與實(shí)驗(yàn)

9、四均相同，將普通二極管換為穩(wěn)壓二極管即可。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理1測(cè)定并繪制二極管的伏安特性曲線導(dǎo)通電壓：0.576V電阻：330Q正向?qū)ǎ弘妷篣(V)0.25.5.53.57.58.61.64.67.68.70.71.71電流I(mA)000.50.92.23.26.413.52744.575.18693.1負(fù)向?qū)ǎ弘妷篣(V)0-1-2-3-4-5-6-10-15-20-29電流I(pA)00000000-1-2-42測(cè)定并繪制穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線導(dǎo)通電壓：0607V電阻：330Q正向?qū)ǎ弘妷篣(V)00.200.300.400.500.600.650.680.700.710.7

10、150.720.73電流I(mA)00000.0350.594.012.326.139.950.958.882.7負(fù)向?qū)ǎ弘妷篣(V)0-1-2-4.9-4.95-5.3-5.5-5.56-5.57-5.58-5.6-5.62-5.64-5.65電流I(mA)000-0.02-0.034-0.13-0.47-1.01-2.60-5.19-20.1-43.5-63.2-73.93.測(cè)定并繪制小燈泡的伏安特性曲線電壓U(V)0204055708090100110120130140150電流I(mA)0455763697377818487909395165180190200210220230100

11、1041071101121141164.示波器觀測(cè)普通二極管的伏安特性CH1峰值：4.88VCH2峰值：4.24V普通二極管導(dǎo)通電壓：0.64V5. 示波器觀測(cè)穩(wěn)壓二極管的伏安特性CH1峰值：9.60VCH2峰值：8.80V穩(wěn)壓二極管導(dǎo)通電壓：0.60V六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1. 實(shí)驗(yàn)一：二極管弐伏安用生曲線5 繪制出伏安特性曲線后，可以看出：正向?qū)〞r(shí)，當(dāng)電壓未達(dá)到導(dǎo)通電壓時(shí)，流過電流基本為0，相當(dāng)于斷路；當(dāng)電壓逐漸增大達(dá)到一定值時(shí)，曲線斜率突然變大；達(dá)到某一值時(shí)，曲線接近豎直，此時(shí)電壓近似恒定，可看做一個(gè)近似的恒壓源。負(fù)向?qū)〞r(shí)，電壓逐漸增大時(shí)，電流幾乎恒定為0，說明逆向幾乎不導(dǎo)通。 在此實(shí)驗(yàn)

12、中，我選擇了330Q的電阻，電阻較大，導(dǎo)致分壓較多，二極管兩端電壓較少，導(dǎo)致無法達(dá)到很高的電壓。 在此實(shí)驗(yàn)中，電壓表的內(nèi)阻約為50kQ，電阻較大，因此選擇內(nèi)接法進(jìn)行測(cè)量。2. 實(shí)驗(yàn)二：U穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線onOVuvI1-TArZ.XJ-65-4-311ru1203:2401J1-60n80-100I（mA） 繪制出伏安特性曲線后，可以看出：正向?qū)〞r(shí)，當(dāng)電壓未達(dá)到導(dǎo)通電壓時(shí)，流過電流基本為0，相當(dāng)于斷路；當(dāng)電壓逐漸增大達(dá)到一定值時(shí)，曲線斜率突然變大；達(dá)到某一值時(shí)，曲線接近豎直，此時(shí)電壓近似恒定，可看做一個(gè)近似的恒壓源。負(fù)向?qū)〞r(shí)，當(dāng)電壓未達(dá)到一定值時(shí)，流過電流基本為0，相當(dāng)于斷路；當(dāng)電

13、壓逐漸增大達(dá)到一定值時(shí)，曲線斜率突然變大；達(dá)到某一值時(shí)，曲線接近豎直，此時(shí)電壓近似恒定，可看做一個(gè)近似的恒壓源。 在此實(shí)驗(yàn)中，我選擇了330Q的電阻，電阻較大，導(dǎo)致分壓較多，二極管兩端電壓較少，導(dǎo)致無法達(dá)到很高的電壓。 在此實(shí)驗(yàn)中，電壓表的內(nèi)阻約為50kQ，電阻較大，因此選擇內(nèi)接法進(jìn)行測(cè)量。3. 實(shí)驗(yàn)三：120806040205010000小燈泡的伏安特性曲線100150200250I（mA）140 繪制出伏安特性曲線后，可以看出：當(dāng)電壓和電路逐漸增大時(shí)，曲線斜率逐漸變小，說明燈泡電阻逐漸變大。隨著電壓增大，小燈泡燈絲溫度升高，電阻變大。 在此實(shí)驗(yàn)中，電壓表的內(nèi)阻約為50kQ，電阻較大，因此選

14、擇內(nèi)接法進(jìn)行測(cè)量。4.實(shí)驗(yàn)四共地：2.00U浮地：用示波器測(cè)量普通二極管的伏安特性曲線，通過對(duì)李薩如圖形顯示的伏安特性曲線進(jìn)行分析，可以看出：正向?qū)〞r(shí)，當(dāng)電壓未達(dá)到導(dǎo)通電壓時(shí)，流過電流基本為0，相當(dāng)于斷路；當(dāng)電壓逐漸增大達(dá)到一定值時(shí)，曲線斜率突然變大；達(dá)到某一值時(shí)，曲線接近豎直，此時(shí)電壓近似恒定。負(fù)向?qū)〞r(shí)，電壓逐漸增大時(shí)，電流幾乎恒定為0，說明逆向幾乎不導(dǎo)通。5.實(shí)驗(yàn)五共地：o0.00UU|如尹®二目胡V.1二5.00U剛MB5.00UTime280.Ous&>24.0dus'a-2丿晞侶5.00UCH2二5.00UTime200.0usGHO.eGOGsR

15、IGOLUma>42)=4.60URise(l)=92.00usl加敘二2800湖丿浮地：UmaxCS)=8Sa=2500k£sGhu400冰iUmaxij：'=fiH»0.0000£用示波器測(cè)量穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線，通過對(duì)李薩如圖形顯示的伏安特性曲線進(jìn)行分析，可看出：正向?qū)〞r(shí)，當(dāng)電壓未達(dá)到導(dǎo)通電壓時(shí)，流過電流基本為0，相當(dāng)于斷路；當(dāng)電壓逐漸增大達(dá)到一定值時(shí)，曲線斜率突然變大；達(dá)到某一值時(shí)，曲線接近豎直，此時(shí)電壓近似恒定。負(fù)向?qū)〞r(shí)，當(dāng)電壓未達(dá)到一定值時(shí)，流過電流基本為0，相當(dāng)于斷路；當(dāng)電壓逐漸增大達(dá)到一定值時(shí)，曲線斜率突然變大；達(dá)到某一值時(shí)，

16、曲線接近豎直，此時(shí)電壓近似恒定。七、討論、心得這次電路實(shí)驗(yàn)的最大特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)量龐大，以及需要很多數(shù)據(jù)處理擬合曲線的工作。在這次的實(shí)驗(yàn)中，我第一次嘗試?yán)肊XCEL繪制函數(shù)曲線，也產(chǎn)生了要開始系統(tǒng)學(xué)習(xí)matlab的想法。調(diào)節(jié)電壓輸出并記錄數(shù)據(jù)，需要細(xì)心謹(jǐn)慎地調(diào)整并記錄，同樣也考驗(yàn)我們的細(xì)致程度。而在使用示波器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要注意對(duì)波形的大小和位置的調(diào)整，以及要讓光標(biāo)位于軸線位置，才能讓李薩如圖形位于顯示屏中央。實(shí)驗(yàn)的每一步都不很困難，但組合在一起，卻十分考驗(yàn)人的細(xì)致和耐心。八、思考題1. 如何判斷二極管的好壞？用萬用表的二極管檔，測(cè)量二極管正向?qū)妷海緮?shù)為0.60.7左右；將二極管反接測(cè)量負(fù)

17、向?qū)妷?，示?shù)滿溢（無示數(shù)），則二極管完好。若有一條不符，則二極管損壞。2. 如何測(cè)量二極管門限電壓？3. 如何設(shè)計(jì)二極管伏安特性的測(cè)量電路？4. 如何測(cè)量穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值？5. 若測(cè)量電路如圖，問電阻R該如何選擇？1. 設(shè)線性電阻為100Q,2W,若用伏安法測(cè)量其特性，則穩(wěn)壓電源輸出的最大電壓是多大？限流電阻應(yīng)該怎樣選取？應(yīng)選用多大量程的毫安表？答：穩(wěn)壓電源輸出的最大電壓是14V,限流電阻50200Q，毫安表應(yīng)選用200mA的毫安表。2. 預(yù)習(xí)被測(cè)元件伏安特性曲線的大致形狀，預(yù)測(cè)被測(cè)量（電壓、電流）的取值范圍，測(cè)量數(shù)據(jù)如何分布？應(yīng)選用那些儀表以及其量程？答：普通二極管：形狀：正向?qū)〞r(shí)，當(dāng)電

18、壓未達(dá)到導(dǎo)通電壓時(shí)，流過電流基本為0；當(dāng)電壓逐漸增大達(dá)到一定值時(shí)，曲線斜率突然變大；達(dá)到某一值時(shí)，曲線接近豎直。負(fù)向?qū)〞r(shí)，電壓逐漸增大時(shí)，電流幾乎恒定為0。取值范圍：正向電壓：00.5V：3個(gè)點(diǎn)；0.50.6V：5個(gè)點(diǎn)；0.6100mA附近：5個(gè)點(diǎn)。反向電壓：5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，反向電壓至少大于20V。量程：電流表200mA，電壓表選擇正向2V和負(fù)向50V。穩(wěn)壓二極管：形狀：正向?qū)〞r(shí)，當(dāng)電壓未達(dá)到導(dǎo)通電壓時(shí)，流過電流基本為0；當(dāng)電壓逐漸增大達(dá)到一定值時(shí)，曲線斜率突然變大；達(dá)到某一值時(shí)，曲線接近豎直。負(fù)向?qū)〞r(shí)，當(dāng)電壓未達(dá)到一定值時(shí)，流過電流基本為0；當(dāng)電壓逐漸增大達(dá)到一定值時(shí)，曲線斜率突然變大；達(dá)到某一值時(shí)，曲線接近豎直。取值范圍：正向電壓：00.7V：3點(diǎn)；0.70.8V：5點(diǎn)；0.8100mA附近：5個(gè)點(diǎn)。反向電壓：04.7V3點(diǎn)；4.7100mA附近5點(diǎn)。量程：電流表200mA，電壓表選擇正向1V和負(fù)向20V。4. 伏安法測(cè)量二極管特性時(shí)，如何確定直流穩(wěn)壓電源以及限流電阻的取值和變化范圍？按照實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的要求，若要求特性曲線的電流最大