非线性电阻的伏安特性

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VR。

I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⊕表示)。

Shiyan非线性电阻伏安特性的研究与经验公式的建立实验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。

测量电阻元件伏安特性曲线的一般方法，在电阻元件上加不同的电压，测量相应的电流。

图 1-2实验一 线性与非线性元件伏安特性的测绘一．实验目的1．掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法。

2．学习恒电源、直流电压表、电流表的使用方法。

二．原理说明任一二端电阻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U －I 平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该电阻元件的伏安特性曲线。

根据伏安特性的不同，电阻元件分两大类：线性电阻和非线性电阻。

线性电阻元件的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1－1中（a ）所示，该直线的斜率只由电阻元件的电阻值R 决定，其阻值为常数，与元件两端的电压U 和通过该元件的电流I 无关；非线性电阻元件的伏安特性是一条经过坐标原点的曲线，其阻值R 不是常数，即在不同的电压作用下，电阻值是不同的，常见的非线性电阻如白炽灯丝、普通二极管、稳压二极管等，它们的伏安特性如图5－1中（b ）、（c ）、（d ）。

在图1－1中，U 〉0的部分为正向特性，U〈 0的部分为反向特性。

绘制伏安特性曲线通常采用逐点测试法，即在不同的端电压作用下，测量出相应的电流，然后逐点绘制出伏安特性曲线，根据伏安特性曲线便可计算其电阻值。

三．实验设备1．直流电压、电流表；2．电压源（双路0～30V 可调）；3．MEEL －04组件、MEEL －05组件。

四．实验内容1．测定线性电阻的伏安特性 按图1－2接线，图中的电源U 选用恒压源的可调稳压输出端，通过直流数字毫安表与1kΩ(d)(b)(c)U UUIII (a)U I 0000图1－1mAVU++_030～VIN4007200VD图 1-3直流数字电压表测量。

调节恒压源可调稳压电源的输出电压U ，从0伏开始缓慢地增加（不能超过10V ），在表1－1中记下相应的电压表和电流表的读数。

表1－1 线性电阻伏安特性数据U (V) 0 246 8 10I (mA)2．测定6.3V 白炽灯泡的伏安特性将图1-2中的1kΩ线性电阻换成一只6.3V 的灯泡，重复1的步骤，电压不能超过6.3V ，在表1－2中记下相应的电压表和电流表的读数。

《基础物理实验》实验报告实验：线性和非线性电阻的伏安特性的测量姓名：学号：班级：成绩：合作者：指导教师：日期：2022 年____月____日【注意事项】（在开始实验操作前请仔细阅读以下说明）1．测量时，可调稳压电源的输出电压由0 V缓慢逐渐增加，应时刻注意电压表和电流表的读数，切勿超过规定值。

2．稳压电源输出端切勿碰线短路。

3．测量中，随时注意电流表读数，及时更换电流表量程，勿使仪表超量程。

【预习题】1. 下图分别为纯电阻、白炽灯泡、普通二极管、稳压二极管的伏安特性曲线，请根据伏安特性曲线分析各种电阻有什么特点？答：纯电阻：纯电阻的伏安特性是一条直线，电压与电流成线性关系，电阻数值恒定，为线性电阻。

白炽灯泡：白炽灯泡的伏安特性是关于原点对称的曲线，其斜率由小变大，说明其电阻值由小变到大，白炽灯泡为非线性电阻。

普通二极管：二极管加反向电压时，流过二极管的电流很小，几乎为0，说明电阻非常大，趋于断路；当二极管加正向电压时，刚开始电流变化较小，但电压大于一定值时，电流会随电压的缓慢升高而急剧增大，说明电阻急剧变小，二极管为非线性电阻。

稳压二极管：稳压二极管的正向特性与普通二极管的正向特性相似。

加反向电压时，在某范围内的电压，电流较小；一旦超出一定电压，电流就会突然增加，而稳压二极管上的电压几乎恒定不变。

说明电阻刚开始非常大，随着电压增大，一旦达到一定值时，电阻急剧减小，稳压管为非线性电阻。

2. 电流表内接方式和电流表外接方式分别适用于什么情况？答：电流表内接方式适用于待测电阻值远大于电流表的内阻。

电流表外接方式适用于待测电阻值远小于伏特表的内阻。

【实验目的】1．学习由测量电压、电流求电阻值的方法（伏安法）。

2．通过对二极管伏安特性的测量，了解非线性电学元件的导电特性。

3．学习减少伏安法中系统误差的方法。

【实验仪器】【实验内容与步骤】1．测定线性电阻的伏安特性（1）确定采用外接（内接、外接）法测伏安特性，并按图接线。

线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线【教学目的】1、测绘电阻的伏安特性曲线，学会用图线表示实验结果。

2、了解晶体二极管的单向导电特性。

【教学重点】1、测绘电阻的伏安特性曲线；2、了解二极管的单向导电特性。

【教学难点】非线性电阻的导电性质。

【课程讲授】提问：1.如何测绘伏安特性曲线？2.二极管导电有何特点？一、实验原理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⊕表示)。

结果在p型与n型半导体交界面的两侧附近，形成了带正、负电的薄层，称为p-n结。

这个带电薄层内的正、负电荷产生了一个电场，其方向恰好与载流子(电子、空穴)扩散运动的方向相反，使载流子的扩散受到内电场的阻力作用，所以这个带电薄层又称为阻挡层。

非线性电阻的伏安特性曲线非线性电阻的伏安特性曲线
非线性电阻是有关于线性电阻而言的。

前面咱们学习了线性电阻的特征是其电阻值不随其两头电压或电流而变，或许说其伏安特性可用欧姆规矩来标明，是在U-I平面上一条经过原点的直线。

而非线性电阻是指加在它两头的电压与经过它的电流之比值不是常数，其伏安特性不再是一条直线而是遵从某种特定的非线性函数联络。

经过非线性电阻的伏安特性很难用数学公式精确表达出来，而是凭仗于试验作用取得近似的非线性函数联络。

1．举例
非线性电阻元件在现代工业中运用非常广泛，例如各种半导体器材的伏安特性都对错线性的，如图所示便是半导体二极管的伏安特性。

非线性电阻的图形符号如图所示。

2．描写办法
通常来说，非线性电阻的伏安特功用够用下列函数联络来标明或
关于前面一个式子来说，非线性电阻两头电压是其电流的单值函数，咱们把这种非线性电阻称为电流操控的电阻；关于后边的式子来说，电阻中的电流是电阻两头电压的单值函数，称之为电压操
控的电阻。

上述所介绍的半导体二极管则是归于一种单调型的元件，它一同是电流操控又是电压操控的非线性电阻元件。

第十二章 非线性电路§12.1 非线性元件12.1.1 非线性电阻电阻元件的特性可以用电压u 和电流i 之间的关系来描述，称之为伏安特性关系。

线性电阻的伏安特性可以用欧姆定律来表示，即Ri u =，在i u -平面上是一条通过坐标原点的直线。

而非线性电阻元件的电压和电流关系不满足欧姆定律，它一般用某种特定的非线性函数来表示。

图12-1（a ）表示非线性电阻元件的电路符号，图12-1（b ）表示某种非线性电阻的伏安特性曲线。

根据非线性电阻元件的伏安特性，可以分为以下几类。

(a) (b)图12-1 非线性电阻及伏安特性曲线 1. 单调型非线性电阻元件单调型非线性电阻元件的伏安特性是单调增加或单调减小的函数。

如图12-2（a ）所示的PN 结二极管是典型的单调增加型非线性电阻，伏安特性如图12-2（b ）所示，从图12-2（b ）可以看出，电流i 随着电压u 的变化单调递增，但是图像过原点而关于原点不对称，其伏安特性可以用下列函数表示：)1(-=kT quS e I i (12-1)其中S I 为反向饱和电流，是常数，C q 19106.1-⨯=，是电子的电荷量，K J k /1038.123-⨯=，是玻尔兹曼常数，T 为热力学温度。

在K T 300=（室温）时，140-=V kTq 则 )1(40-=u S e I i从上式可以看出，电流i 随着电压u 单调增加。

-u(a) (b)图12-2 PN 结二极管及其伏安特性2. 电压控制型非线性电阻元件如果非线性电阻元件两端的电流是其电压的单值函数，这种电阻就称为电压控制型电阻，其伏安特性可以用下列函数关系表示)(u g i = (12-2)其典型的伏安特性曲线如图12-3所示。

从特性曲线可以看出，对于每一个电压值u ，有且只有一个电流值i 与之对应，但是，对于某一个电流值，则可能对应多个电压值。

隧道二极管就具有这样的伏安特性。

图12-3 隧道二极管的伏安特性曲线3. 电流控制型非线性电阻元件如果非线性电阻元件两端的电压是电流的单值函数，这种电阻就称为电流控制型电阻，其伏安特性可以用下列函数关系表示)(i f u = (12-3)其典型的伏安特性曲线如图12-4所示，从特性曲线可以看出，对于每一个电流值i ，有且只有一个电压u 值与之对应，但是，对于某一个电压值，则可能对应多个电流值。

4 ． 复 习 线 性 电 阻 和 非 线 性 电 阻 的 伏 安 特 性 。

（ 1 ） 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 服 从 定 律 ， 它 是 一 条 通 过 座 标 原 点 的 。

线 。

非 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 不 服 从 非 线 形 定 律 ， 它 是 一 条 通 过 座 标 原 点 的 线 。

（ 2 ） 在 伏 安 特 性 的 测 试 中 ， 只 有 在 电 流 很 小 ， 电 阻 很 小 时 （ 只 有 几 个 欧 姆 ） ， 将 电 压 表 与 电 阻 直 接 ＿ ＿ 联 ， 再 与 电 流 表 联 。

而 测 量 较 大 电 阻 （ R = 200Ω） 的 伏 安 特 性 时 ， 要 将 电 流 表 先 直 接 与 被 测 电 阻 联 后 ， 再 与 电 压 表 联 。

这 是 因 为 。

三 、 实 验 内 容 说 明电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 是 指 电 阻 元 件 两 端 电 压 U 与 通 过 该 电 阻 元 件 的 电 流 I 之 间 的 关 系 曲 线 。

线 性 电 阻 元 件 伏 安 特 性 服 从 欧 姆 定 律 ， 即 U /I 为 常 数 。

不 但 其 阻 值 不 随 电 压 或 电 流 变 化 而 变 化 ， 而 且 与 电 压 或 电 流 的 方 向 无 关 。

因 此 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 是 一 条 通 过 座 标 原 点 的 直 线 。

如 图 6－ 2－ l （a ） 所 示 。

非 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 不 服 从 欧 姆 定 律 ， 即 U ／ I 不 等 于 常 数 ， 它 与 电 压 电 流 的 大 小 和 方 向 有 关 。

因 此 非 线 性 电 阻 元 件 的 伏 安 特 性 是 一 条 通 过 坐 标 原 点 的 曲 线 。

对 电 压 、 电 流 控 制 型 的 非 线 性 电 阻 元 件 ， 如 白 炽 灯 和 晶 体 二 极 管 的 伏 安 特 性 分 别 如 图 个 6—2—1（b ） 和 图 6— 2－ l （c ） 所 示 。

非线性电阻的伏安特性实验报告非线性电阻的伏安特性实验报告引言电阻是电路中常见的基本元件之一，它对电流的流动产生一定的阻碍作用。

根据欧姆定律，电阻的伏安特性是线性的，即电阻值与电流成正比。

然而，在某些特殊情况下，电阻的伏安特性并非线性，这就是非线性电阻。

本实验旨在通过测量非线性电阻的伏安特性曲线，探究其特点和应用。

实验原理非线性电阻是指其电阻值与电流之间呈非线性关系的电阻元件。

一般情况下，非线性电阻的电阻值会随着电流的增大而减小，或者随着电流的增大而增大。

这种非线性关系可以通过绘制伏安特性曲线来展示。

实验步骤1. 准备实验所需材料和设备，包括非线性电阻元件、电流表、电压表和电源等。

2. 搭建电路，将非线性电阻元件连接到电流表和电压表之间，电流表和电压表分别连接到电源的正负极。

3. 逐渐调节电源的电压，记录下电流表和电压表的读数。

4. 根据记录的数据，绘制伏安特性曲线。

实验结果与分析根据实验记录的数据，我们绘制出了非线性电阻的伏安特性曲线。

从曲线可以看出，随着电流的增大，电阻的值呈现出递减的趋势。

这与非线性电阻的特性相符合。

此外，曲线上还存在一些异常点，这可能是由于测量误差或电路中其他因素的影响所致。

非线性电阻的应用非线性电阻在实际应用中具有广泛的用途。

以下是几个常见的应用领域：1. 电子器件：非线性电阻常用于电子器件中，如变阻器、热敏电阻等。

通过调节电阻的值，可以实现对电路的控制和调节。

2. 光电子学：非线性电阻在光电子学中也有重要应用。

例如，光敏电阻的电阻值会随着光照强度的变化而发生变化，从而实现对光信号的检测和测量。

3. 功率控制：非线性电阻可以用于功率控制电路中，通过调节电阻的值来实现对电路功率的调节，保护电路和设备的安全运行。

实验总结通过本次实验，我们了解了非线性电阻的伏安特性及其应用。

非线性电阻的伏安特性曲线呈现出非线性关系，电阻值随电流的变化而变化。

非线性电阻在电子器件、光电子学和功率控制等领域具有广泛的应用前景。

实验题目：非线性电阻元件伏安特性的研究 201508实验目的：1．掌握用伏安法研究二极管正向伏安特性及钨丝灯伏安特性的方法；2．掌握用最小二乘法（回归法）处理实验数据，得到经验公式的方法。

实验仪器：PASCO 数字实验教学系统、直流电源、电阻箱、滑线变阻器、二极管、小灯泡等 实验原理：1．半导体二极管的伏安特性半导体二极管由一个p-n 结，加上接触电极、引线和封装管壳组成。

常见的二极管有硅二极管和锗二极管。

加到二极管两端的电压与流过其上面的电流的关系曲线，就叫二极管的伏安特性曲线，如图1所示。

由于p-n 结具有单向导电性，故二极管的正反向伏安特性相差很大，二极管的伏安特性可分三部分：①正向特性。

当所加的正向电压很小时，正向电流也很小，只有当正向电压加到某个数值时，电流才开始明显加大，这个外加电压值叫做二极管的阈值电压或开通电压，记作U 0。

通常硅二极管的阈值电压V V U 6.0~5.00=，锗二极管V V U 3.0~2.00=。

阈值电压的确定，一般是在正向特性曲线较直部分画一切线，延长相交于横坐标上一点，该点在横轴上的值就是该二极管的阈值电压。

②反向特性。

当二极管两端加反向电压时，反向电流很小且在一定范围内不随反向电压的增加而增加。

③反向击穿特性。

当反向电压继续增加时，反向电流会突然增大，这种现象称作反向击穿，产生击穿的临界电压称为反向击穿电压。

不同的二极管，反向击穿电压也不同。

一般情况下，二极管反向电压不得超过反向击穿电压，否则会烧坏管子。

（2）钨丝灯的伏安特性 当钨丝灯泡两端施加电压后，钨丝上有电流流过，产生功耗，灯丝温度上升，致使灯泡电阻增加。

因此，通过钨丝灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，其伏安特性如图2中曲线所示。

灯泡不加电压时，称为冷态电阻。

施加额定电压测得的电阻称为热态电阻。

由于正温度系数的关系，冷态电阻小于热态电阻，一般钨丝灯的冷态电阻与热态电阻的阻值可相差几倍至十几倍。

实验八非线性电阻的伏安特性Experiment 8 Volt-ampere characteristic of nonlinear resistance实验目的Experimental purpose1．学习设计实验电路。

2．测绘出各种非线性电阻元件的伏安特性曲线。

3．学习和掌握从实验曲线上获取有关信息的方法，合理选用非线性电阻元件。

实验要求Experimental request1．从所提供的各种非线性电阻元件中任选两种，分别测绘出它们的伏安特性曲线和电阻电流关系曲线，并求出经验公式。

1)根据所给元器件的电学特性，合理选择实验方法。

2)设计实验控制电路与测试电路。

3)合理选择测量仪表的精度等级、量程与测试条件。

4)测量、记录、处理数据。

2．用示波器观测非线性电阻元件的伏安特性曲线。

1)说明实验原理，画出设计线路图。

2)描绘示波器荧屏上显示的伏安特性曲线。

3．根据实验结果，说明如何获取有用信息，如何合理使用非线性电阻元器件。

实验仪器Experimental instrument直流稳压电源，多量程电压表，多量程电流表，SR-071型双踪示波器，可供选择的非线性元件（照明小电珠，整流二极管，稳管二极管，发光二极管，光电二极管，光敏电阻），其余所需器件自选。

实验任务Experimental assignment在一个元件的两端加上电压，元件内就有电流通过。

流动的电流随外加电压的变化曲线称为该元件的伏安特性曲线。

若一个元件两端所加的电压与通过它的电流成比例，则伏安特性曲线为一直线，直线斜率的倒数，就是该元件的电阻，它是一个常数。

这类元件遵循欧姆定律，称之为线性元件。

实验室常用的线绕电阻、碳膜电阻、金属膜电阻以及其它的金属导体均属此列。

若在一个元件的两端加的电压与通过它的电流不成比例，则其伏安特性曲线不再是一直线了，而是一条曲线。

曲线上任意一点斜率的倒数表示了该元件在该工作状态下的电阻，它不是常数，而是随其工作状态的不同而改变的，称它为动态电阻。