1、(完整word版)伏安法測(cè)二極管的特性實(shí)驗(yàn)四伏安法測(cè)二極管的特性若電阻元件的伏安特性曲線呈直線型的，稱為線性電阻，若呈曲線型的,稱為非線性電阻。如點(diǎn)亮的白熾燈泡的的鎢絲、熱敏電阻、光敏電阻、半導(dǎo)體二極管和三極管等都是曲線型的非線性電阻元件。非線性電阻伏安特性所反映出來的規(guī)律，總是與一定的物理過程相聯(lián)系的。利用電阻元件的非線性特性研制出了各種新型傳感器、換能器，在溫度、壓力、光強(qiáng)等物理檢測(cè)和自動(dòng)控制方面有著廣泛的應(yīng)用。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)中基本儀器的性能和使用方法2掌握電路聯(lián)結(jié)方法和制流、分壓電路的性能和特點(diǎn)3掌握電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)程與安全知識(shí)4掌握伏安法測(cè)量電阻的方法和電表接入誤差的修

2、正.5掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖示法,獲取有關(guān)物理量的動(dòng)態(tài)信息，如二極管電阻的動(dòng)態(tài)特性。二、儀器與用具直流電壓表、直流電流表(mA、pA)、電阻箱、滑線變阻器、直流穩(wěn)壓電源、萬用電表、非線性電阻元件(鍺二極管)、開關(guān)、導(dǎo)線等三、實(shí)驗(yàn)原理基本儀器的認(rèn)識(shí)(1)觀察實(shí)驗(yàn)臺(tái)上電表板面，并填好下表參量類符號(hào)量程滿度分格精度等級(jí)%儀表放置方別名稱格數(shù)常數(shù)內(nèi)阻式電壓表電流表(2)觀察電阻箱(ZX21型)板面，并填好下表精度等級(jí)最大電阻值(0)最小電阻值(0)額定功率(p)旋鈕數(shù)每鈕上允許通過最大電流3)觀察直流穩(wěn)壓電源板面，并填好下表電壓調(diào)節(jié)范圍最大輸出電流燈光指示紅燈綠燈(4)觀察滑線變阻器的外型、結(jié)構(gòu)，找出兩固定

3、端和滑動(dòng)端，畫出符號(hào)并畫出在電路中的兩種聯(lián)結(jié)方法，記錄全電阻值，和額定電流值，想法估算出每圈電阻絲的電阻值A(chǔ)R(表格自擬)。(5)計(jì)算電表在標(biāo)度值的最大引用誤差A(yù)I、AV，電阻箱在925。6Q時(shí)的誤差.控制電路的性能和特點(diǎn)作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)電路，一般由電源、控制和測(cè)量電路三部分組成，（完整word版）伏安法測(cè)二極管的特性控制電路是根據(jù)所測(cè)對(duì)象的要求設(shè)計(jì)的.被測(cè)對(duì)象可以是電阻、電容、電感，也可以兼而有之.并抽象成一個(gè)等效負(fù)載R.根據(jù)負(fù)載所要求的電流、電壓的變化范L圍，確定一個(gè)合適的電源.控制電路的作用，就是調(diào)控負(fù)載的電流、電壓，使其達(dá)到預(yù)定的要求.常用的控制電路有制流電路和分壓電路.%&11_Zo_I

4、實(shí)驗(yàn)室所用控制電路主要是由滑線變阻器和電阻箱構(gòu)成.圖41（1）制流電路電路如圖4-1所示：E為直流電源；r為滑線變阻器；mA為直流毫安表；R為負(fù)載，即電阻箱；K為電源0L開關(guān).整個(gè)電路為串聯(lián).其中將滑線變阻器的滑動(dòng)頭C和任一固定端（如A）串聯(lián)在電路中作為一個(gè)可變電阻，移動(dòng)滑動(dòng)頭C的位置可以連續(xù)改變AC之間的電阻R.從而改變電路中的電流I.ACC滑至A點(diǎn)時(shí)，R=0,I=耳RACmax/八,U=E；maxL當(dāng)C滑至B點(diǎn)時(shí)，R二R，AC論圖4-2門ER、，U=L0+R）min（R+R）0L0L可見，當(dāng)C滑由A點(diǎn)滑至B點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的電流變化范圍為：旦,E,相應(yīng)的RR+RL0L電壓變化范圍為：E,ERl.

5、（R+R）0LminE一般情況下負(fù)載R中的電流為：I二LR+RLACERIkRR、0二ma（其中k二L,X二AC）RRk+xRRL+AC00RR00（4。1）負(fù)載R上電流的改變是靠移動(dòng)滑動(dòng)頭C實(shí)現(xiàn)的.對(duì)滑線變阻器，最小位移是一匝.因此，在電路各參數(shù)L一定情況下，一匝電阻AR的大小就決定了電流的最小改變量.現(xiàn)以（4。1）式對(duì)R微分，得0ACQREAI=acAR=ARQIAC（R+R）2ACACLAImin=ARER0-N而AR=Rz：,（N為滑線變阻器總匝數(shù)）則:ACzN（4.2）從（4。2）式可見，當(dāng)電路中e、R、R確定后，AI與12成正比.故電流越大，細(xì)調(diào)越困難.為了解決這L0一問題，常在圖

6、4-1中再串一個(gè)滑線變阻器.構(gòu)成二級(jí)制流電流，如圖3.62其中阻值較大的作粗調(diào)，阻值較小的作細(xì)調(diào).因此，一般在一級(jí)制流電路中，為了平穩(wěn)調(diào)節(jié)所須電流，常取RyR=0.51，在二級(jí)制流電路0中，常取第二級(jí)變阻器阻值為（0.10.2）R為宜.0（2）分壓電路如圖4-3所示：E為直流電源；R為滑線變阻器；mA為直流毫安表；R為負(fù)載，即電0L阻箱；K為電源開關(guān).滑線變阻器兩固定端A、B與電源串聯(lián).負(fù)載R與電流表串聯(lián)后與L滑線變阻器的滑動(dòng)端C和固定端A并聯(lián).電壓表V如圖并聯(lián)其上.移動(dòng)滑動(dòng)頭C，可連續(xù)改變輸出電壓.當(dāng)C滑至B時(shí)，輸出電壓V二E;當(dāng)滑動(dòng)頭C滑至A點(diǎn)時(shí)，輸出電壓V二0；當(dāng)C在A、B間任意max位

7、置時(shí).輸出電壓為圖4-3圖4-4R-RLAC-R+RLAC+RBCR-REKRELA=ACR+R4R(R+R)R+RXLAC1+-BCLACLBCR-RLAC(4.3)有近似:U微分上式可得：AU=最小電壓改變量：式中R=R+R,k=,X=Rag：，同樣，負(fù)載Rt上電壓的改變也是靠移動(dòng)C實(shí)現(xiàn)的，對(duì)滑線變阻器,0acbc7RRL00最小位移是一匝.因此，在電路參數(shù)已定的情況下，一匝電阻AR的大小就決定了電壓的最小改變量.0但不論R的大小，負(fù)載R上的電壓均可從0TE，從而使分壓電路在實(shí)驗(yàn)中得到較多應(yīng)用；同時(shí)K越小,0L電壓調(diào)節(jié)越不均勻，給實(shí)驗(yàn)帶來困難；K越大，電壓調(diào)節(jié)越均勻.考慮到變阻器的尺寸、功

8、率，一般K取1,2之間.當(dāng)K1時(shí)，由（4-3），有近似：u=4e，RBC微分上式可得：U=-AR=亙-AR（R）2BCREBCBCL最小電壓改變量：（AU）=竺-R（4。4）minRENL式中N為滑線變阻器總匝數(shù).當(dāng)K1時(shí)，略去式（4。4）中的r.x，BCE-ARRACTOC o 1-5 h z（AU）=-AR=（4。5）minR0N0從（4.5）式可知，當(dāng)e、R、N確定后，負(fù)載R上電壓調(diào)節(jié)為一常數(shù)，它表示在整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)0L的精細(xì)程度處處一樣.若一般分壓不能達(dá)到細(xì)調(diào)要求，可以如圖4-4（b）進(jìn)行分壓.大電阻作粗調(diào)，小電阻作細(xì)調(diào).（3）分壓、制流混聯(lián)電路如圖4-5所示.在負(fù)載R較小，要求

9、u,LL圖45I的變化較大的場(chǎng)合，常用此電路.L晶體二極管的伏安特性晶體二極管是由N型和P型半導(dǎo)體材料組成，其符號(hào)如圖4-6所示，如在二級(jí)管的“+端接高電位，“-端低電位，稱為二極管的正接，反之，稱為反接。當(dāng)二極管正接時(shí)，隨電壓的增加電流也隨之增加，當(dāng)所加電壓小于導(dǎo)通電壓（鍺管導(dǎo)通電壓為0.15V左右，硅管導(dǎo)通電壓為0.6V左右）時(shí)，電流增加得很緩慢；當(dāng)電壓增加到超過導(dǎo)通電壓時(shí)，再稍加大電壓，電流急劇增大，KP如圖4-7第一象限曲線，謂之二極管的正向特性曲線；當(dāng)二極管反接時(shí)，圖46電壓即使增加，這時(shí)流過二極管的電流很微小，基本不導(dǎo)通，即處于反向截止?fàn)顟B(tài)，這就是二管的單向?qū)щ娦裕盟鳛檎餮b

10、置，當(dāng)反向電壓增加到二極管的擊穿電壓時(shí)，流過二極管的電流突然猛增，如圖4-7第三象限的曲線；謂之二極管的反向特性曲線.根據(jù)歐姆定律電阻公式r=Ur，這里的R是個(gè)常數(shù)，其伏安特性曲線是通過原點(diǎn)的一條直線，這種電阻謂之線性電阻；非線性電阻R=AU，它是個(gè)動(dòng)態(tài)AI電阻，是個(gè)變量.用伏安法測(cè)量電阻時(shí)，由于電流表，電壓表都有一定內(nèi)阻，當(dāng)它們接入電路后，改變?cè)娐返臓顟B(tài)，從而使測(cè)量產(chǎn)生一定的系統(tǒng)誤差，如圖48（a）所示，電壓表測(cè)量的雖是二極管的端電壓，但電流表測(cè)量的卻是二極管和電壓表兩路電流之和，而流過二極管的電流圖47仏）式中R為電壓表的內(nèi)阻，如把電流表的指示值I視為流過二極管的電流，由此帶來的系統(tǒng)誤差

11、:V5I=II=d（4。6）DDRV從上式看出只有電壓表內(nèi)阻rT8時(shí)，8ITO,實(shí)Vd際電壓表的內(nèi)阻，并不滿足以上要求，當(dāng)R值相對(duì)被V（完整word版）伏安法測(cè)二極管的特性測(cè)阻值不是足夠大時(shí)，61值將較大，如超過電流表的引用誤差時(shí)，D必須由此而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差按（4。6）式進(jìn)行修正;如按圖TOC o 1-5 h z4-8（b）所示電路進(jìn)行測(cè)量，電流指示值如實(shí)反映了流過二極圖4-8管的電流值，但電壓表的測(cè)量值卻是二極管和電流表上兩者電壓之和，二極管上實(shí)際的電位差U=UU=UIRADA式中R為電流表內(nèi)阻，如把電壓表的指示值視為二極管兩端電位差，由此帶來的系統(tǒng)誤差為：A6U=UU=IR（4。7）ADA

12、從上式看出只有電流表的內(nèi)阻rTO時(shí)，6UTO,實(shí)際的電流表均有一定內(nèi)阻，當(dāng)r較大時(shí)，6U隨之增ADAD大，同樣要對(duì)該系統(tǒng)差進(jìn)行修正。圖4-8（b）的電流表接在電壓表之外，稱為伏安法測(cè)電阻的外接法；圖4-8（a）的電流表接在電壓表之內(nèi)，稱為內(nèi)接法。但無論哪種接法，均存在系統(tǒng)誤差.非線性電阻伏安特性的測(cè)量可采用如圖4-9所示線路圖。當(dāng)K與1接通，成為內(nèi)接法，當(dāng)K與2接通，成為外接法。r、r為已知，根據(jù)測(cè)量值可VA以進(jìn)行相應(yīng)地修正計(jì)算。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.基本儀表、電器的認(rèn)識(shí).仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)桌上的儀表，做好（1）-（5）.2根據(jù)圖4-9接線，滑線變阻器r的阻p值應(yīng)大于R的阻值，置r于最大值,C點(diǎn)滑至pB端

13、，檢查線路無誤和電表的檔級(jí)合適后接通電源。按內(nèi)接法測(cè)量，調(diào)節(jié)R和C點(diǎn)位置，電壓由p0伏開始，每隔0.06伏測(cè)量一次對(duì)應(yīng)的I值至到圖4-9DI值約為（1/22/3）i值為止。（二極管正向允許通過的電流最大值由實(shí)驗(yàn)室給出）.（數(shù)據(jù)記錄如表一）Dmax表一u（伏）v00.10.20.30。40。50.60。7oID6uU=U6uDv電流表量程（完整word版）伏安法測(cè)二極管的特性3。依上述方法，按外接法測(cè)量。（數(shù)據(jù)記錄如表二）表二u（伏）I(mA)51I=I-51電流表量程4。將二極管反接,用內(nèi)接法測(cè)二極管反向特性，電流表為微安表,取電壓為擊穿電壓1/3為止。（二極管反向擊穿電壓值由實(shí)驗(yàn)室給出），切勿超過！5。計(jì)算正向特性的內(nèi)，外接法之修正值列入表中,畫出二極管正、反向伏安特性曲線，計(jì)算出正向曲線上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的直流電阻值，并在同一圖上用虛線作出正向直流電阻-電流關(guān)系曲線，同時(shí)計(jì)算出在10伏點(diǎn)的二極管反向電阻值。五、思考與問答1在電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)中，確保人身和儀器設(shè)備安全的一般原則是什么？電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全操作規(guī)程是哪些?2電磁測(cè)量中的