恒流源伏安特性曲线20110319

恒定电流实验 描绘小灯泡的伏安特性曲线 【基础梳理】1．实验目的：描绘小电珠的伏安特性曲线；分析伏安特性曲线的变化规律．2．实验原理：用电流表测出流过小电珠的电流，用电压表测出小电珠两端的电压，测出多组（U ，I ）值，在U – I 坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连起来．电流表外接：因为小电珠的电阻很小，如果电流表内接，误差明显较大；滑动变阻器采用 分压 式：使电压能从零开始连续变化． 3．实验器材：小电珠（3.8 V 0.3 A ）或（2.5 V 0.6 A ）一个、电压表（0 ～3 V ～ 15 V ）与电流表（0 ～0.6 A ～ 3 A ）各一个、滑动变阻器（最大阻值20 Ω）一个、学生低压直流电源（或电池组）、开关一个、导线若干、 坐标纸 、铅笔． 4．实验步骤： ⑴ 确定电流表、电压表的量程，采用电流表 外 接法，滑动变阻器采用 分压 式接法，按图中的原理图连接好实验电路．⑵ 把滑动变阻器的滑片调节到图中最 左 端，接线经检查无误后，闭合开关S ．⑶ 移动滑动变阻器滑片位置，测出12组左右不同的电压值U 和电流值I ，并将测量数据填入表格中，5．数据处理：⑴ 在坐标纸上以U 为横轴，以I 为纵轴，建立坐标系． ⑵ 在坐标纸上描出各组数据所对应的点（坐标系纵轴和横轴的标度要适中，以使所描图线充分占据整个坐标纸为宜）．⑶ 将描出的点用 平滑 的曲线连接起来，就得到小电珠的伏安特性曲线．6．误差分析：由于电压表、电流表不是理想电表，电表 内阻 对电路的影响会带来误差；电流表、电压表的读数 带来误差，要严格按照读数规则读数；在坐标纸上描点、作图带来误差． 7．注意事项：⑴ 电路的连接方式：① 电流表应采用 外 接法：因为小电珠(3.8 V,0.3 A)的电阻很小② 滑动变阻器应采用 分压 式连接：目的是使小电珠两端的电压能从 零 开始 连续 变化． ⑵ 闭合开关S 前，滑动变阻器的触头应移到使小电珠分得电压为 零 的一端，使开关闭合时小电珠的电压从零开始变化，同时也是为了防止开关刚闭合时因小电珠两端电压过大而烧坏灯丝．⑶ I –U 图线在U 0 = 1.0 V 左右将发生明显弯曲，故在U = 1.0 V 左右绘点要密，以防出现较大误差． ⑷ 电流表选择0.6 A 量程，电压表量程的选择视小电珠的额定电压而定，即使用的若是“3.8 V 0.3 A”的小电珠，选用电压表的15 V 量程；若使用“2.5 V 0.6 A”的小电珠，则选用电压表的3 V 量程． ⑸ 当小电珠的电压接近额定值时要缓慢增加，到额定值记录I 后马上断开开头． ⑹ 误差较大的点要舍去，I –U 图线应是平滑曲线而非折线．【考点突破】一、对实验步骤、原理和电路设计的考查例1 (2012·高考安徽卷)如图为“测绘小灯泡伏安特性曲线” 实验的实物电路图，已知小灯泡额定电压为2.5 V. (1)完成下列实验步骤：①闭合开关前，调节滑动变阻器的滑片，_______________ _________________________________________________； ②闭合开关后，逐渐移动变阻器的滑片，_______________ _________________________________________________；③断开开关……根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线． (2)在虚线框中画出实物电路相应的电路图．【变式训练1】(2012·四川理综·22(2))某学习小组的同学拟探究小灯泡L 的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：小灯泡L ，规格“4.0 V 0.7 A ”；电流表A 1，量程3 A ，内阻约为0.1 Ω； 电流表A 2，量程0.6 A ，内阻r2＝0.2 Ω； 电压表V ，量程3 V ，内阻r V ＝9 kΩ； 标准电阻R 1，阻值1 Ω； 标准电阻R 2，阻值3 kΩ；滑动变阻器R ，阻值范围0～10 Ω；学生电源E ，电动势6 V ，内阻不计； 甲 乙开关S 及导线若干． 图1①甲同学设计了如图1甲所示的电路来进行测量，当通过L 的电流为0.46 A 时，电压表的示数如图乙所示，此时L 的电阻为________Ω.②乙同学又设计了如图2所示的电路来进行测量，电压表指针指在最大刻度时，加在L 上的电压值是________ V .图2 图3③学习小组认为要想更准确地描绘出L 完整的伏安特性曲线，需要重新设计电路．请你在乙同学的基础上利用所供器材，在图3所示的虚线框内补画出实验电路图，并在图上标明所选器材代号．二、对仪器选取、图象描绘及数据处理的考查例2 物理兴趣小组的同学们从实验室中找到一只小灯泡，其标称功率值为0.75 W ，额定电压值已模糊不清．他们想测定其额定电压值，于是先用欧姆表直接测出该灯泡的电阻约为2 Ω，然后根据公式计算出该灯泡的额定电压U ＝PR ＝2×0.75 V ＝1.22 V ．他们怀疑所得电压值不准确，于是，再利用下面可供选择的实验器材设计一个电路，测量通过灯泡的电流和它两端的电压并根据测量数据来绘灯泡的U －I 图线，进而分析灯泡的额定电压． A ．电压表V(量程3 V ，内阻约3 kΩ) B ．电流表A 1(量程150 mA ，内阻约2 Ω) C ．电流表A 2(量程500 mA ，内阻约0.6 Ω) D ．滑动变阻器R 1(0～20 Ω) E ．滑动变阻器R 2(0～100 Ω)F ．电源E (电动势4.0 V ，内阻不计)G ．开关S 和导线若干H ．待测灯泡L(额定功率0.75 W ，额定电压未知)(1)在上面所给的虚线框中画出他们进行实验的电路原理图，指出上述器材中，电流表选择________(填“A 1”或“A 2”)；滑动变阻器选择________(填“R 1”或“R 2”)．(2)在实验过程中，该同学将灯泡两端的电压由零缓慢地增加，当电压达到1.23 V 时，发现灯泡亮度.(3)由图象得出该灯泡的额定电压应为________V ； 这一结果大于1.23 V ，其原因是【变式训练2】有一个小灯泡上有“4 V 2 W ”的字样，现要描绘这个小灯泡的伏安特性曲线．现有下列器材供选用：A ．电压表(0～5 V ，内阻约10 kΩ)B ．电压表(0～10 V ，内阻约20 kΩ)C ．电流表(0～0.3 A ，内阻约1 Ω)D ．电流表(0～0.6 A ，内阻约0.4 Ω)E ．滑动变阻器(10 Ω，2 A)F ．滑动变阻器(1 kΩ，1 A)G ．学生电源(直流6 V)，还有电键、导线若干(1)实验中所用电压表应选______，电流表应选______，滑动变阻器应选______(用序号字母表示)． (2)请在方框内画出满足实验要求的电路图，并把由图中所示的实验器材用实线连接成相应的实物电路图．【变式训练3】在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中，现除了有一个标有“5 V，2.5 W”的小灯泡，导线和开关外，还有：A ．直流电源：电动势约为5 V ，内阻可不计B ．直流电流表：量程0～3 A ，内阻约为0.1 ΩC ．直流电流表：量程0～600 mA ，内阻约为5 ΩD ．直流电压表：量程0～15 V ，内阻约为15 kΩE ．直流电压表：量程0～5 V ，内阻约为10 kΩF ．滑动变阻器： 10Ω，2 AG ．滑动变阻器：1 kΩ 0.5 A实验要求小灯泡两端的电压从零开始变化并能测多组数据．⑴ 实验中电流表应选用________，电压表应选用________，滑动变阻器应选用_______ ⑵ 请按要求将图中所示的器材连成实验电路．⑶ 某同学通过实验正确作出的小灯泡的伏安特性曲线如图所示．现把实验中使用的小灯泡接到如图所 示的电路中，其中电源电动势E = 6 V ，内阻r 忽略不计，定值电阻R = 9 Ω，此时灯泡的实际功率 为________W ．（结果保留两位有效数字）。

实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线一、实验目的1．测绘小灯泡的伏安特性曲线。

2．分析伏安特性曲线的变化规律。

二、实验原理 欧姆定律。

三、实验电路1．电流表的内、外接：由于小灯泡的电阻较小，为减小误差，采用电流表外接法。

2．滑动变阻器的接法：小灯泡两端的电压需要从0开始，滑动变阻器要采用分压式连接，实验电路图如图所示。

四、实验器材小灯泡、电压表、电流表、滑动变阻器、学生电源(或电池组)、开关、导线、坐标纸、铅笔等。

五、实验步骤1．确定电流表、电压表的量程，采用电流表外接法，按如图所示的电路原理图连接好实验电路。

2．把滑动变阻器的滑片调节到a 端，电路经检查无误后，闭合开关S 。

3．改变滑动变阻器滑片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I 和U ，记入记录表格内，断开开关S 。

4．拆去实验线路，整理好实验器材。

六、数据处理1．在坐标纸上建立坐标系，坐标所取分度应参考测量数据，比例适当，尽量使测量数据画出的图线占满坐标纸。

2．连线一定要用平滑的曲线，不能画成折线。

3．根据图像计算电阻时，应用R ＝U I来计算。

七、误差分析1．由于电压表不是理想电表，内阻并非无穷大，对电路的影响会带来系统误差，电流表外接，则电流表示数偏大。

2．测量时，读数带来偶然误差。

3．在坐标纸上描点、作图也会带来偶然误差。

八、注意事项1．开关闭合前，滑动变阻器的滑片应滑到使灯泡两端电压为零的位置。

2．在增大电压的过程中，要确保不超过小灯泡的额定电压。

3．在选择电表的量程时，掌握以下原则：在测量值不超过电表量程的前提下，指针尽量偏转至23量程左右。

4．测绘I­U(U­I)图线时要注意三点：一是标度选取合理。

即作出的图像既可以把表中所给出的所有点都标注上，同时又要使图像分布在中央位置上；二是用“·”或“×”标注点；三是用平滑曲线拟合连接各点，误差较大的点可以舍弃。

[例1] 在《描绘小灯泡的伏安特性曲线》实验中选择“3 V0.5 A”的小灯泡作为研究对象，现备有以下器材：A．电流表A1(量程0～0.6 A，内阻1 Ω)B．电流表A2(量程0～3 A，内阻1 Ω)C．电压表V1(量程0～15 V，内阻约10 kΩ)D．电压表V2(0～3 V，内阻约2 kΩ)E．滑动变阻器R1(阻值0～100 Ω)F．滑动变阻器R2(阻值0～10 Ω)G．电源E＝6 VH．开关S，导线若干(1)在本实验中，电流表应选用______，电压表应选用______，滑动变阻器应选用______；(填入器材序号)(2)滑动变阻器应采用______(填“分压”或“限流”)式接法，电流表应采用______(填“内”“外”)接法；(3)设实验中，电流表、电压表的某组示数如图所示，图示中I＝______ A，U＝______ V。

镇流器的特性曲线电源电压随着电风负荷的变化而波动是正常现象，所以道路照明点燃着的光源和与其配套的镇流器的工作电流，也随着电源电压的波动而波动。

电流值波动幅度在很大程度上是由镇流器的伏安特性决定。

图2-6是两只不同启动电流值镇流器的伏安特性曲线。

图2-7是对应于图2-6的阻安特性曲线。

在图2-7中用的是250W高压钠灯用的镇流器，在I=3A时Z=60Ω。

另外，1#镇流器的启动电流为3.7A，2#镇流器的启动电流为4.6A。

从图2-6与图2=7中A、B、C三点来分析镇流器的阻抗及与其配套的灯泡的燃点情况。

A点：镇流器的工作电压为180V时，I1=I2=3A，Z1=Z2=60Ω，则分别与1#、2#镇流器配套的灯泡的功率P1=P2。

对应A点的电源电压为220V。

B点：镇流器的工作电压为140V时，与1#镇流器配套的电路电流I1=2.3A，Z1=140/2.3=60.87Ω，灯泡的功率P1=2.3Ucosφ1；与2#镇流器配套的电路电流I2=2A，Z2=140/2=70Ω，灯泡的功率P2=2Ucosφ2。

设cosφ1=cosφ2,则P1＞P2，即与1#镇流器配套的灯泡功率大，则发出的光能量大于2#镇流器配套的灯泡发出的光通量。

这种情况一般出现在电网高峰负荷的时候。

C点：镇流器的工作电压为220V时，与1#镇流器配套的电路电流I1=3.3A，Z1=200/3.3=60.6Ω，灯泡的功率P1=3.3Ucosφ1与2#镇流器配套的电路电流I2=3.9A，Z2=200/3.9=51.88Ω,灯泡的功率P2=3.9Ucosφ2。

设cosφ1=cosφ2，则P1＜P2，即与2#镇流器配套的灯泡功率大，则发出的光通量大于与1#镇流器配套的灯泡功发出光通量。

这种情况一般是从每天的午夜开始，到第二天清晨。

从测量的数据看，实则电网电压高于额定电压10%左右，持续时间长，这样与2#镇流器配套的灯泡，由于长时间过电流运行而缩短寿命，还多耗电能。

电学实验测伏安特性曲线实验：描绘元件的伏安特性曲线讲例1．某同学从家里的废旧收音机上拆下一电学元件，其上标注“2.5 V 1.5 W”的字样，为描绘出该元件的伏安特性曲线，该同学在实验室找到了下列实验器材：A ．电流表(量程是3 A，内阻是0.1 Ω)B ．电流表(量程是0.6 A，内阻是0.5 Ω)C ．电压表(量程是15 V，内阻是25 kΩ)D ．电压表(量程是3 V，内阻是5 kΩ)E ．滑动变阻器(阻值范围0～5 Ω，额定电流为0.6 A)F ．滑动变阻器(阻值范围0～100 Ω，额定电流为0.6 A)G ．直流电源(电动势E ＝3 V，内阻不计)H ．开关、导线若干(1)为了提高实验结果的准确程度，电流表应选____；电压表应选____；滑动变阻器应选____．(2)请将如图1所示的实验电路图补充完整．图1(3)该同学根据设计的实验电路进行实验，通过实验得到如下数据(I 和U 分别表示待测元件的电流和电压) ，请在图2坐标纸中描绘出该元件的伏安特性曲线.图2讲例2．某学习小组探究一小电珠在不同电压下的电功率大小，实验器材如图甲所示，现已完成部分导线的连接。

①实验要求滑动变阻器的滑片从左到右移动过程中，电流表的示数从零开始逐渐增大，请按此要求用笔画线代替导线在图甲实物接线图中完成余下导线的连接；②某次测量，电流表指针偏转如图乙所示，则电流表的示数为________A；③该小组描绘出的伏安特性曲线如图丙所示，根据图线判断，将________只相同的小电珠并联后，直接与电动势为3 V、内阻为1 Ω的电源组成闭合回路，可使小电珠的总功率最大，其总功率的值约为________W(保留两位小数) 。

小测．[2019·厦门质监]某物理学习小组的同学在研究性学习过程中，用伏安法研究某种小灯泡L 1(6 V 2.5 W) 的伏安特性曲线，设计了如图甲所示的电路，要求多次测量，尽可能减小实验误差，备有下列器材：A ．直流电源 B．电压表V C．电流表AD ．滑动变阻器R 1(0～20 Ω，5 A)E ．滑动变阻器R 2(0～200 Ω，1 A)F ．开关与导线若干请回答以下问题：(1)滑动变阻器应选择________(填选项前的字母) 。

实验三恒流源及脉冲法测试实验一、基本概念：顾名思义，恒流源是输出电流保持不变的电流源，而理想的恒流源为：a) 输出电流不因负载阻抗的变化而改变，输出电流负载调整率为“0”。

b)不因环境温度变化而改变。

c)内阻为无限大。

恒流源之电路符号：理想的恒流源实际的恒流源工程上实用的恒流源，其各项特性指标都是有限的，因而，实用中的恒流源，还有以下限制指标：保证恒流输出条件下的最大带载阻抗，或最大输出电压。

恒流源最大带载能力U=I*R，随着R的增大U也增大，但是U是有范围的，因此存在一个最大带载阻抗，也有最大输出电压。

恒流源的实质是利用器件对电流进行反馈，动态调节器件的供电状态，从而使电流趋向恒定，只要能够得到电流，就可以形成有效的反馈，从而构成恒流源。

二、恒流源的用途：恒流源电路在工程实践中有着广泛的用途。

恒流源可以用来测试电阻值，为电磁铁，或各种设备，例如磁控溅射台，粒子加速器等提供稳定的磁场，当前正在飞速发展的LED照明也是用恒流源驱动的。

大家知道，双极型三极管是典型的电流控制器件，可以利用三极管的恒流特性恒流源设计恒流源：从三极管特性曲线可见，工作区内的IC主要受IB控制，VCE对IC的影响很微弱，而VCE使IC发生倾斜的程度，正反映了三极管恒流特性的非理想性。

因此，只要IB值固定，IC就基本稳定。

输出电流IO即是流经负载的IC。

但是，三极管的恒流特性不够理想，通常，目前设计恒流普遍采用电压参考器件与运算放大器，再配备三极管或MOS管作为输出级，构成实际恒流源。

三、恒流源需要注意的几点：①构成恒流源电路的基本原则：恒流源电路就是要能够提供一个稳定的电流以保证其它电路稳定工作的基础。

即要求恒流源电路输出恒定电流，因此作为输出级的器件应该是具有饱和输出电流的伏安特性。

这可以采用工作于输出电流饱和状态的BJT 或者MOSFET 来实现。

为了保证输出晶体管的电流稳定，就必须要满足两个条件：a）其输入电压要稳定——输入级需要是恒压源；b）输出晶体管的输出电阻尽量大（最好是无穷大）——输出级需要是恒流源。