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1、实验一 电路元件的伏安特性实验一 电路元件的伏安特性 一、实验目的 1、研究电阻元件和直流电源的伏安特性及其测定方法。 2、学习直流仪表设备的使用方法。 二、原理及说明 任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系U=f (I)来表示，即用UI平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。 1、独立电源和电阻的伏安特性用电压表、电流表测定，称为伏安法。伏安表法原理简单，测量方便，同时适用于非线性元件伏安特性测量。 USabO 图1-1 II+U-USRS- 图1-2 2、理想电压源的内部电阻值Rs为零，其端电压Us ( t )是确定的时间函数，与流
2、过电源的电流大小无关。如果Us ( t )不随时间变化，则该电压源称为直流理想电压源Us, 其伏安特性曲线如图1-1中曲线a所示。实际电源的伏安特性曲线如图1-1中曲线b所示，它可以用一个理想电压源Us和电阻Rs相串联的电路模型来表示。显然Rs越大，图1-1中的角也越大，其正切的绝对值代表实际电源的内阻Rs。 3、理想电流源向负载提供的电流Is ( t )是确定的时间函数，与电源的端电压大小无关。如果Is ( t )不随时间变化，则该电流源为直流理想电流源Is，其伏安特性如图1-3中曲线a所示。实际电源的伏安特性如图1-3中曲线b所示，它可以用一个理想电流源Is和电导Gs相并联的电路模型来显示
3、，。显然，Gs越大，图1-3中的角也越大，其正切的绝对值代表实际的电导值Gs。 bUaISO 图1-3 I+-ISGS 图1-4 4、电阻元件的特性可以用该元件两端的电压U与流过的电流I的关系来表征。即满足于欧姆定律： U R= I在U-I坐标平面上，线性电阻的特性曲线是一条通过原点的直线。该直线的斜率等于该元件的电阻值。如图1-5中a所示。 5、非线性电阻元件的电压、电流关系，不能用欧姆定律来表示，它的伏安特性一般为一曲线。 半导体二极管是非线性电阻元件，正向压降很小，正向电流随正向电压增加而急骤上升；其反向电流随电压增加很小，可视为零。可见，二极管具有单向导电性，其特性如图1-5中c曲线所
4、示。 白炽灯在工作时灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，其特性如图1-5中b曲线所示。 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，但其反向特性较特别，在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时电流将突然增加，以后它的端电压将基本维持恒定，当外加的反向电压继续升高时其端电压仅有少量增加。其特性曲线如图1-5中d所示。 Icabd0.5U图1-5二端电阻元件伏安特性曲线 三、仪器设备 电工实验装置：DG012T、DY031T、DG053
5、T 四、实验内容 1、线性电阻的伏安特性 按图1-6接线。按表1-1改变直流稳压电源的电压Us，测定相应的电流值和电压值于表1-1中。 I直流稳压电源+mA-UiU+-VR=100图1-6 表1-1线性电阻的伏安特性 Us(V) U(V) I(mA) 0 2 4 6 8 10 2、二极管伏安特性 将直流稳压电源的输出调至0V后按图1-7接线，实验中注意正向时二极管端电压在0至0.7V之间，其中电流不超过20mA，图中200为限流电阻。调整输入电压使二极管两端电压与表1-2相符，将电流测试值填入表1-2中。 I200直流稳压电源图1-7 表1-2 二极管伏安特性 mA+U-V+Ui-U(V) I
6、(mA) 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 作反向实验时，可将二极管反接，调电压15V观察实验现象,并将实验数据填于表1-3中。 表1-3 二极管伏安特性 U(V) I(mA) 1 2 3 4 5 3、理想电压源的伏安特性 按图1-8接线，图中100 为限流电阻。接线前调稳压电源Us=10V。按表1-4改变R数值，记录相应的电压值与电流值于表1-4中。 I直流稳压电源+VmA100-图1-8 R 表1-4 理想电压源的伏安特性 R(K) U(V) I(mA) 1.0 0.5 0.3 0.2 0.1 4、实际电压源的伏安特性 按图1-9接线。接线前调稳压电源U
7、s=10V。按表1-5改变R值，记录相应的电压值与电流值于表1-5中。 I+USmA-+100-V1KR 图1-9 表1-5 实际电压源的伏安特性 R(K) U I 1.0 0.5 0.3 0.2 0.1 5、白炽灯伏安特性 按图1-10接线，图中10为限流电阻。先将电源电压调至0V,然后按表1-6调整电压值、并将电流表数据填入1-6中。 10直流稳压Ui电源ImA+-V6.3V图1-10 表1-6 白炽灯的伏安特性 U(V) I(mA) 0.2 0.4 0.6 0.8 2 5 6.3 五、注意事项 1、 测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小到大逐渐增加，应时刻注意电流表读数不得超过20 m A，稳压源输出端切勿碰线短路。 2、进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程， 勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。 六、报告要求 1、根据测量数据，按比例绘出各伏安特性曲线。 2、 根据实验结果，总结、归纳被测各元件的特性
