非线性元件伏安特性实验.doc

非线性元件伏安特性的测量【目的要求】 1 .掌握非线性元件伏安特性的测量方法、基本电路。 2 .掌握二极管、稳压二极管、发光二极管的基本特性。准确测量其正向导通阈值电压。 3 .画出以上三种元件的伏安特性曲线。【实验仪器】非线性元件伏安特性实验仪。仪器由直流稳压电源、数字电压表、数字电流表、多圈可变电阻器、普通二极管、稳压二极管、发光二极管、钨丝灯泡等组成。【实验原理】 1. 伏安特性给一个元件通以直流电,用电压表测出元件两端的电压,用电流表测出通过元器件的电流。通常以电压为横坐标、电流为纵坐标, 画出该元件电流和电压的关系曲线, 称为该元件的伏安特性曲线。这种研究元件电学特性的方法称为伏安法。伏安特性曲线为直线的元件称为线性元件, 如电阻; 伏安特性曲线为非直线的元件称为非线性元件, 如二极管、三极管等。伏安法的主要用途是测量研究线性和非线性元件的电特性。有些元件伏安特性除了与电压、电流有关, 还与某一物理量的变化呈规律性变化, 例如温度、光照度、磁场强度等, 这就是各种物理量的传感元件, 本实验不研究此类变化。根据欧姆定律,电阻 R 、电压 U 、电流 I, 有如下关系: IUR?(1) 由电压表和电流表的示值 U和I 计算可得到待测元件 Rx 的阻值。但非线性元件的 R 是一个变量, 因此分析它的阻值必须指出其工作电压(或电流) 。非线性元件的电阻有两种方法表示,一种称为静态电阻( 或称为直流电阻),用R D 表示; 另一种称为动态电阻用 r D 表示, 它等于工作点附近的电压改变量与电流改变量之比。动态电阻可通过伏安曲线求出,如图 1 所示,图中 Q 点的静态电阻 R D =U Q /I Q, 动态电阻 r D =dU Q /dI Q-1- 图1 动态电阻表示图测量伏安特性时, 受电压表、电流表内阻接入影响会引入一定的系统误差, 由于数字式电压表内阻很高、数字式电流表内阻很小,在测量低、中值电阻时引入系统误差较小,本实验将其忽略不计。 2. 半导体二极管半导体二极管是一种常用的非线性元件,由P 型、 N 型半导体材料制成 PN 结,经欧姆接触引出电极, 封装而成。在电路中用图 2(a) 符号表示, 两个电极分别为正极、负极。二极管的主要特点是单向导电性, 其伏安特性曲线如图 2(b) 所示, 其特点是: 在正向电流或正向电压较小时, 电流较小, 当正向电压加大到某一数值 U D 时,正向电流明显增大,将此段直线反向延长与横轴向交,交点 U D 称为正向导通阈值电压。正向导通后, 锗管的正向电压降约为 -, 硅管约为 - 。在反向电压超过某一数值-U b 时,电流急剧增大,这种情况称为击穿, U b 为击穿电压。二极管伏安特性曲线图稳压管伏安特性曲线图二极管的主要参数:最大整流电流 I f, 即二极管正常工作时允许通过的最大正向平均电流;最大反向电压 U b, 一般为反向击穿电压的一半。-2- 由于二极管具有单向导电性,它在电子电路中得到了广泛应用,常用于整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件等。 3. 稳压二极管稳压二极管是一种特殊的硅二极管, 表示符号如图 3(a); 其伏安特性曲线如图 3(b) ,在反向击穿区一个很宽的电流区间, 伏安曲线徒直, 此直线反向与横轴相交于 U w。与一般二极管不同