实验二 线性与非线性元件伏安特性的测绘

1线性与非线性元件伏安特性的测定一.实验目的1 •学习直读式仪表和直流稳压电源等仪器的使用方法 2•掌握线性电阻元件、非线性电阻元件的伏安特性的测试技能3•加深对线性电阻元件、非线性电阻元件伏安特性的理解•验证欧姆定律二•实验原理电阻元件是一种对电流呈现阻力的元件， 有阻碍电流流动的性能。

当电流通过电阻元件 时，电阻元件将电能转换成其它形式的能量.并沿着电流流动的方向产生电压降。

电压降的大小等于电流的大小与电阻的乘积。

电压降和电流及电阻的这一关系称为欧姆定律。

U=IR上式的前提条件是电压 U 和电流I 的参考方向相关联.亦即参考方向一致。

如果参考方 向相反•则欧姆定律的形式应为U = -IR电阻上的电压和流过它的电流是同时并存的. 也就是说，任何时刻电阻两端的电压降只由该时刻流过电阻的电流所确定， 与该时刻前的电流的大小无关， 因此，电阻元件又被称为“无记忆”元件。

当电阻元件R 的值不随电压或电流大小的变化而改变时，则电阻 R 两端的电压与流过它的电流成正比例。

我们把符合这种条件的元件称为线性电阻元件。

反之.不符合上述条件的电阻元件被叫做非线性电阻元件。

电阻元件的特性除了用电压和电流的方程式表示外， 还可以用其电流和电压的关系图形来表示，该图形称为此元件的伏安特性曲线。

线性电阻的伏安特性曲线为一条通过坐标原点的直线，该直线的斜率即为电阻值，它是一个常数。

如图1-1所示。

半导体二极管是一种非线性电阻元件。

它的电阻值随着流过它的电流的大小而变化。

半导体二极管的电路符号用 本表示.其伏安特性如图 1-2所示。

由此可见半导体二极管的伏 安特性为非对称曲线。

对比图1-1和图1-2可以发现，线性电阻的伏安特性对称于坐标原点。

这种性质称为双 向性，为所有线性电阻元件所具备。

半导体二极管的伏安特性不但是非线性的.而且对于坐标原点来说是非对称性的，又称非双向性。

这种性质为多数非线性电阻元件所具备。

半导体二极管的电阻随着其端电压的大小和极性的不同而不同， 当外加电压的极性和二极管的极性 相同时，其电阻值很小，反之二极管的电阻很大。

实验报告姓名：班级：学号：实验成绩：同组姓名：实验日期：2010-4-12 指导老师：助教02 批阅日期：非线性元件伏安特性的测量【实验目的】1．学习测量非线性元件的伏安特性,针对所给各种非线性元件的特点，选择一定的实验方法，援用配套的实验仪器，测绘出它们的伏安特性曲线。

2. 学习从实验曲线获取有关信息的方法。

【实验原理】1、非线性元件的阻值用微分电阻表示，定义为 R = dU/dI。

2、如下图所示，为一般二极管伏安特性曲线3、测量检波和整流二极管，稳压二极管，发光二极管的伏安特性曲线，电路示意图如下(1)检波和整流二极管检波二极管和整流二极管都具有单向导电作用，他们的差别在于允许通过电流的大小和使用频率范围的高低。

(2)稳压二极管稳压二极管的特点是反向击穿具有可逆性，反向击穿后，稳压二极管两端的电压保持恒定，这个电压叫稳压二极管的工作电压。

(3)发光二极管发光二极管当两端的电压小于开启电压时不会发光，也没有电流流过。

电压一旦超过开启电压，电流急剧上升，二极管发光，电流与电压呈线性关系，直线与电压坐标的交点可以认为是开启电压．使用公式计算光的波长。

【实验数据记录、实验结果计算】1、整流二极管正向：编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U测0.380.410.440.480.510.540.560.620.630.65 (V)I(mA) 0.0080.0210.0360.0990.2100.4250.660 1.076 2.142 2.866编号11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 U(V) 0.670.680.700.730.740.780.800.830.860.89 I(mA) 3.691 4.004 5.224 6.5277.0029.90211.10413.32315.71018.169根据图像去掉了几个异常点得到图像如下:图1整流二极管正向伏安特性曲线及线形拟合直线拟合直线方程：I = 72.56604 * U —46.6435令I = 0，得U0 = 0.642 (V)则整流二极管的开启电压U0 = 0.642(V)反向：表二测量整流二极管的反向伏安特性数据编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U(V) -1.00-3.00-5.00-7.00-9.00-11.00-13.00-15.00-17.00-19.00 I(A) 0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000根据数据得到图像如下:图2 整流二极管反向伏安特性曲线及线性拟合直线在测量范围（I≤20mA)内，电压恒为0。

《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。

（a）含源一端口网络
（b）用戴维南定理等效替代 图3-1等效电源定理
（c）用诺顿定理等效替代
2． 实验内容和步骤
3.接线图
实验4.电压源与电流源的等效变换
1.实验原理 2.实验内容和步骤 3.接线图
1． 实验原理
电流源是除电压源以外的另一种形式的电源，它可以给外电路提供电 流。电流源可分为理想电流源和实际电流源（实际电流源通常简称电流 源），理想电流源可以向外电路提供一个恒值电流，不论外电路电阻的大 小如何。理想电流源具有两个基本性质：第一，它的电流是恒值的，而与 其端电压的大小无关；第二，理想电流源的端电压并不能由它本身决定， 而是由与之相联接的外电路确定的。理想电流源的伏安特性曲线如图4-1所 示。
星形电路:
三角形电路:
2.实验步骤:
1)线电压、相电压测量，用MC1098直接测量， 测量结果填表. 2)星形电路：按图连接电路，测量对称负载有中 线、对称负载无中线、不对称负载有中线、不 对称负载无中线电路的参数。用二瓦计法测量 三相功率的测量电路. 3)三角形电路：测量对称负载、不对称负载电路 的参数，按连接电路. 4)相序测量
( t t0)/
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解放电过程的微分方程
Uc( t) U0e
( t t0)/
观测方法：用函数信号发生器输入连续 的方波（包括正负阶跃），通过示波器 观测波形，测量时间常数 实验内容：四个电路，每个电路两组参 数，在坐标纸上绘制8张输出波形图；用 示波器测量第一个电路第一组参数的时 间常数（从充电曲线和放电曲线中任选 一条曲线测量）
实验6 二阶电路过渡过程实验
实验电路 由电阻、电容和电感串联组成的电路 该电路可以用二阶微分方程描述，改变 电路参数，电路响应会出现过阻尼、临 界阻尼和欠阻尼三种情况 实验内容 观测并绘制过阻尼、临界阻尼和欠阻尼 三种情况下的6条曲线：电容两端电压随 时间变化的曲线、电流随时间变化的曲 线，按讲义上的要求计算参数