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】
、基本电路。
、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。
。
【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】

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:
(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RD表示;另一种称为动态电阻用rD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RD=UQ/IQ,动态电阻rD=dUQ/dIQ

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。

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UD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UD称为正向导通阈值电压。正向导通后,-,-。在反向电压超过某一数值-Ub时,电流急剧增大,这种情况称为击穿,Ub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If,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Ub,一般为反向击穿电压的一半。
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。

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Uw。与一般二极管不同,普通二极管击穿后电流急剧增大,电流超过极限值-Is,二极管被烧毁。稳压二极管的反向击穿是可逆的,去掉反向电压,稳压管又恢复正常,但如果反向