非线性电阻

非线性电阻伏安特性测量

数据处理范例

（*老师范例中所用二极管与同学们不同，请根据实验实际情况处理数据）

1.数据记录

表一 二极管的正向伏安特性

电压（V） 电流(mA)

0.00 0.00

0.60 0.00

0.62 0.10

0.64 0.10

0.66 0.10

0.68 0.20

0.70 0.40

0.72 0.60

0.74 1.36

0.76 2.64

0.78 5.46

0.80

9.80

0.82

18.80

表二 二极管的反向伏安特性

电压（V） 电流(uA)

0.00 0

-8.00 0

-8.20 -2

-8.24 -20

-8.26 -40

-8.28 -50

-8.30 -70

-8.36 -160

-8.40 -250

-8.50 -520

-8.60 -780

2.数据处理

1）根据表一中数据，作图如下：（excel或origin作图） 图1、二级管的正向伏安特性曲线图

从图中可知：（略）

2）根据表二中数据，作图如下：（excel或origin作图）

图2、二级管的反向伏安特性曲线图

从图中可知：（略）

3.实验结果

（略）

4.讨论

（略）

线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线

一、实验原理

当一个元件两端加上电压，元件内有电流通过时，电压与电流之比称为该元件的电阻。

若一个元件两端的电压与通过它的电流成比例，则伏安特性曲线为一条直线，该类元件称为

线性元件。若元件两端的电压与通过它的电流不成比例，则伏安特性曲线不再是直线，而是

一条曲线，这类元件称为非线性元件。 一般金属导体的电阻是线性电阻，它与外加电压的大小和方向无关，其伏安特性是一条

直线(见图1)。从图上看出，直线通过一、三象限。它表明，当调换电阻两端电压的极性时，电流也换向，而电阻始终为一定值，等于直线斜率的倒数VRI。

常用的晶体二极管是非线性电阻，其电阻值不仅与外加电压的大小有关，而且还与方向有关。下面对它的结构和电学性能作一简单介绍。

图1线性电阻的伏安特性 图2晶体二极管的p-n结和表示符号 晶体二级管又叫半导体二极管。半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。如果在纯净

的半导体中适当地掺入极微量的杂质，则半导体的导电能力就会有上百万倍的增加。加到半

导体中的杂质可分成两种类型：一种杂质加到半导体中去后，在半导体中会产生许多带负电

的电子，这种半导体叫电子型半导体 (也叫n型半导体)；另一种杂质加到半导体中会产生许多缺少电子的空穴(空位)，这种半导体叫空穴型半导体 (也叫p型半导体)。

晶体二极管是由两种具有不同导电性能的n型半导体和p型半导体结合形成的p-n结构

成的。它有正、负两个电极，正极由p型半导体引出，负极由n型半导体引出，如图2(a)

所示。p-n结具有单向导电的特性，常用图2(b)所示的符号表示。

关于p-n结的形成和导电性能可作如下解释。

图3 p-n结的形成和单向导电特性 如图3(a)所示，由于p区中空穴的浓度比n区大，空穴便由p区向n区扩散；同样，

由于n区的电子浓度比p区大，电子便由p区扩散。随着扩散的进行，p区空穴减少，出现

了一层带负电的粒子区(以Ө表示)；n区的电子减少，出现了一层带正电的粒子区(以⊕表

Shiyan

非线性电阻伏安特性的研究

与经验公式的建立

1 2 实验5-9 非线性电阻伏安特性的研究

与经验公式的建立

（一）教学基本要求

1. 了解分压线路、限流线路以及电表刻度盘上的各种符号。

2. 了解非线性电阻元件的伏安特性。

3. 掌握探索物理规律、建立经验公式的实验思想和实验方法。

4. 学会测量未知物理量之间的关系曲线。

5. 掌握作图的基本规则，学会用半对数坐标纸作图并学会求斜率和截距。

6. 掌握用变量代换法把曲线改直进行线性拟合或通过计算机软件作图用最小二乘法进行曲线拟合。

7. 学会通过合理选择接线方式减小电表接入系统误差的方法。

8. 学会判断二极管极性的方法。

（二）讲课提纲

1．实验简介

电阻元件的伏安特性曲线（电压～电流曲线）呈直线型的，称为线性电阻；呈曲线型的，称为非线性电阻。常见的典型非线性电阻元件有点亮的白炽灯泡中的钨丝、热敏电阻、光敏电阻、半导体二极管和三极管等。非线性电阻的伏安特性所反映出来的规律，总是与一定的物理过程相联系的。利用电阻元件的非线性特性研制出的各种新型传感器、换能器，在温度、压力、光强等物理量的检测和自动控制方面应用非常广泛。对非线性电阻特性及规律的研究，可以加深对有关物理过程、物理规律及其应用的认识。

实际中许多物理量之间的关系是非线性的关系，为了形象地表示物理量之间的函数关系，寻找物理规律，常常需要测绘各种各样的特性曲线。伏安特性是电学元件最重要的电学之一。实验中选择了两种非线性电阻元件，稳压型二极管和小灯泡，测绘伏安特性曲线，建立电压和电流之间关系的经验公式。通过实验，学习探索物理量间关系、建立定量经验公式的基本方法。

2．实验设计思想和实现方法

（1）测量伏安特性曲线

电学元件的电流和电压之间关系曲线称为伏安特性曲线，不同电学元件的伏安特性曲线不同。电阻的伏安特性曲线――线性，小灯泡的伏安特性曲线――非线性，二极管（正向和反向）的伏安特性曲线――非线性。

1 引言

非线性系数是描述ZnO压敏电阻非线性强弱的电参数。通过实验建立起电流与电压的函数关系，计算出非线性系数α值。

文章综述了工作环境、添加物的种类、烧成因数、热处理、机械应力、润湿特性对非线性影响。

2 非线性系数α

2.1 非线性系数α定义

非线性系数是描述ZnO压敏电阻非线性强弱的电参数。通过实验可以建立起电流与电压的函数关系，从电流与电压的函数关系中可以看出这种非线性的强弱[1~3]。

取一只ZnO压敏电阻，在其两端施加脉冲电压，脉冲的宽度应窄到不使压敏电阻发热，测出并记下各电压值相对应的电流值，在双对数坐标上描点连线，得到的伏安特性曲线如图1所示。

在图1中，在大于Ib的某一电流范围内，I-U特性近于直线，其直线方程为

lgI=αlgU-A (1)

式中α—为该直线的斜率，α=lgθ

A—为该直线的截距。

令A=αlgC，上式可写成

(2)

即

(3)

由式(3)知，压敏电阻在这一电流范围的I-U特性是由参数α和材料C值决定的。

由α值的几何意义可知，α值越大，该直线越陡，非线性越强。故α又称非线性系数。

2.2 非线性系数α值要给出电流范围

在很宽的电流范围内，α并不是一个常数。在小电流和大电流端，α值均有所下降；在曲线急剧上升区，α值为最大，压敏电阻可充分发挥非线性的作用，α值可达60以上，因此在此区域中，压敏电阻的电阻值对电压的变化是极其敏感的。

由于α值与电流有关，故可在I-U曲线陡峻上升区选定某一电流值范围，在此范围内取其α值对不同压敏电阻进行非线性比较。

不同压敏电阻进入陡峻区的电压也是不同的，一般说来，在一定几何形状下，电流在1mA附近时，ZnO压敏电阻的α值可达最大，往往取与1mA电流相对应的电压作为I随U陡峻上升时电压大小的标志，并把此电压称为压敏电压[4]。