三种元件的伏安特性曲线对比分析
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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)。
伏安特性曲线实验报告伏安特性曲线实验报告引言:伏安特性曲线是电子学中最基本的实验之一,它描述了电阻元件的电压与电流之间的关系。
通过实验测量和分析伏安特性曲线,可以深入理解电阻元件的特性和行为。
本实验旨在通过测量不同电阻元件的伏安特性曲线,探究电阻元件的性质和特点。
实验目的:1. 了解伏安特性曲线的基本概念和原理;2. 学习如何使用电压表和电流表进行测量;3. 掌握测量电阻元件的伏安特性曲线的方法;4. 分析不同电阻元件的特性和行为。
实验仪器和材料:1. 电源;2. 电压表和电流表;3. 不同电阻元件;4. 连接线。
实验步骤:1. 将电源、电压表和电流表依次连接起来,组成电路;2. 将不同电阻元件依次连接到电路中;3. 分别调节电源的电压,记录电压表和电流表的读数;4. 根据记录的数据,绘制伏安特性曲线。
实验结果与分析:通过实验测量得到的伏安特性曲线如下图所示:[插入伏安特性曲线图]从图中可以观察到以下几点特点和行为:1. Ohm定律的验证:当电阻元件为线性电阻时,伏安特性曲线呈直线,证明了Ohm定律的成立。
即电流与电压成正比,电阻恒定。
2. 非线性电阻元件的特性:当电阻元件为非线性电阻时,伏安特性曲线呈非线性关系。
这说明电阻元件的电流与电压之间的关系不再是简单的线性关系,而是受到其他因素的影响。
3. 电阻元件的阻值和功率:通过伏安特性曲线可以计算电阻元件的阻值和功率。
根据电流和电压的关系,可以得出电阻元件的阻值。
而根据电流和电压的乘积,可以得出电阻元件的功率。
这些参数对于电阻元件的选用和设计非常重要。
4. 温度对电阻的影响:伏安特性曲线的变化还可以反映电阻元件受温度影响的情况。
随着温度的升高,电阻元件的电阻值也会发生变化,从而导致伏安特性曲线的形状发生改变。
结论:通过本次实验,我们深入了解了伏安特性曲线的概念、原理和测量方法。
通过观察和分析伏安特性曲线,我们可以了解电阻元件的特性和行为,包括线性和非线性关系、阻值和功率的计算以及温度对电阻的影响。
700221⾮线性元件伏安特性的测量(实验21)《⾮线性元件伏安特性的测量》实验报告【⼀】实验⽬的及实验仪器实验⽬的 1.掌握⾮线性元件伏安特性的测量⽅法、基本电路。
2.掌握⼆极管,稳压⼆极管,发光⼆极管的基本特征,准确测量其正向导通法阀值电压。
3.画出以上三种元件的伏安特性曲线。
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。
【⼆】实验原理及过程简述⼀.实验原理1.伏安特性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,这种研究元件特性的⽅法称为伏安法伏安特,特性曲线为直线的元件为线性元件,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,磁场强度的,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;R=U/I (4-21-1)由电压表和电流表的⽰值U和I计算和得到待测元件R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流(或电压)。
⾮线性元件的与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4-21-1所⽰,图中Q点的静态电阻RD =UQ/IQ,动态电阻RD =dUq/dIQ.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、中组电阻时引⼊系统误差较⼩,本实验将其忽略不计。
第3节电阻、电容、电感元件及其特性在我们研究的电路中一般含有电阻元件、电容元件、电感元件和电源元件(如图1.11所示),这些元件都属于二端元件,它们都只有两个端钮与其它元件相连接。
其中电阻元件、电容元件、电感元件不产生能量,称为无源元件;电源元件是电路中提供能量的元件,称为有源元件。
上述二端元件两端钮间的电压与通过它的电流之间都有确定的约束关系,这种关系叫作元件的伏安特性。
该特性由元件性质决定,元件不同,其伏安特性不同。
这种由元件的性质给元件中通过的电流、元件两端的电压施加的约束又称为元件约束。
用来表示伏安特性的数学方程式称为该元件的特性方程或约束方程。
1.3.1 电阻元件及欧姆定律1.电阻元件的图形、文字符号电阻器是具有一定电阻值的元器件,在电路中用于控制电流、电压和控制放大了的信号等。
电阻器通常就叫电阻,在电路图中用字母“R”或“r”表示,电路图中常用电阻器的符号如图1.12所示。
电阻器的SI(国际单位制)单位是欧姆,简称欧,通常用符号“Ω”表示。
常用的单位还有“KΩ”“MΩ”,它们的换算关系如下:1MΩ=1000KΩ=1000000Ω电阻元件是从实际电阻器抽象出来的理想化模型,是代表电路中消耗电能这一物理现象的理想二端元件。
如电灯泡、电炉、电烙铁等这类实际电阻器,当忽略其电感等作用时,可将它们抽象为仅具有消耗电能的电阻元件。
电阻元件的倒数称为电导,用字母G表示,即电导的SI单位为西门子,简称西,通常用符号“S”表示。
电导也是表征电阻元件特性的参数,它反映的是电阻元件的导电能力。
2.电阻元件的特性电阻元件的伏安特性,可以用电流为横坐标,电压为纵坐标的直角坐标平面上的曲线来表示,称为电阻元件的伏安特性曲线。
如果伏安特性曲线是一条过原点的直线,如图1.13(a)所示,这样的电阻元件称为线性电阻元件,线性电阻元件在电路图中用图1.13(b)所示的图形符号表示。
在工程上,还有许多电阻元件,其伏安特性曲线是一条过原点的曲线,这样的电阻元件称为非线性电阻元件。
伏安特性曲线伏安特性曲线是加在PN结两端的电压和流过二极管的电流之间的关系曲线,u>0的部分称为正向特性,u<0的部分称为反向特性。
伏安特性曲线图常用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U,以此画出I-U图像,这种图像常被用来研究导体电阻的变化规律,是物理学常用的图像法之一。
快速导航目录∙1基本定义∙2存在原理∙3实验举例∙4实验方法∙5实验原理∙6参考资料1基本定义二极管伏安特性曲线某一个金属导体,在温度没有显著变化时,电阻是不变的,它的伏安特性曲线是通过坐标原点的直线,具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。
因为温度可以决定电阻的大小。
欧姆定律是个实验定律,实验中用的都是金属导体。
这个结论对其它导体是否适用,仍然需要实验的检验。
实验表明,除金属外,欧姆定律对电解质溶液也适用,但对气态导体(如日光灯管、霓虹灯管中的气体)和半导体元件并不适用。
也就是说,在这些情况下电流与电压不成正比,这类电学元件叫做非线性元件。
2存在原理二极管伏安特性曲线加在PN结两端的电压和流过二极管的电流之间的关系曲线称为伏安特性曲线。
如图所示:正向特性:u>0的部分称为正向特性。
反向特性:u<0的部分称为反向特性。
反向击穿:当反向电压超过一定数值U(BR)后,反向电流急剧增加,称之反向击穿。
势垒电容:耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容Cb。
变容二极管:当PN结加反向电压时,Cb明显随u的变化而变化,而制成各种变容二极管。
如下图所示。
平衡少子:PN结处于平衡状态时的少子称为平衡少子。
非平衡少子:PN结处于正向偏置时,从P区扩散到N区的空穴和从N区扩散到P区的自由电子均称为非平衡少子。
扩散电容:扩散区内电荷的积累和释放过程与电容器充、放电过程相同,这种电容效应称为Cd3实验举例研究小灯泡伏安特性曲线方法:【目的和要求】通过实验绘制小灯泡的伏安曲线,认识小灯泡的电阻和电功率与外加电压的关系。
【仪器和器材】学生电源(J1202型或J1202-1型),直流电压表(J0408型或J0408-1型),直流电流表(J0407型或J0407-1型),滑动变阻器(J2354-1型),小灯泡(6.3伏、0.3安或6伏、3瓦),小灯座(J2351型),单刀开关(J2352型),导线若干。
三种元件的伏安特性曲线对比一、金属导体的伏安特性曲线金属导体满足欧姆定律:R U I =,所以用纵坐标表示电压U 或电流I ,横坐标表示电流I 或电压U ,作出的图线为过原点的直线,其斜率或斜率的倒数表示电阻。
故根据金属导体伏安特性曲线可以计算电阻。
【例题1】如图为甲、乙两金属电阻的伏安特性曲线,某同学是这样计算它们的阻值的:乙甲R R ==060tan =Ω3,你认为他的解法对吗?如果不对,它们的阻值应为多少? 解析:该同学的解法是错误的。
事实上在不同的坐标系中,由于所选取的标度不同,在相同的电压和电流值下图线的倾角是不同的,所以不可以用倾角的正切值表示电阻。
正确解法:Ω=Ω--=--=3040121212I I U U R 甲,同样的方法可以求得乙的电阻为6Ω。
二、小灯泡的伏安特性曲线 灯泡是利用电流的热效应工作的,随着加在灯泡上的电压增大,灯泡中的电流随之增大,发热功率增大,发热功率大于散热功率时,灯丝因温度升高而电阻增大,在I U -坐标系中图线的点的切线斜率增大,所以小灯泡的伏安特性曲线是非线性的。
小灯泡伏安特性曲线如图所示。
【例题2】某小灯泡的伏安特性曲线如右图所示,试求灯丝电阻在A 、B 两点间因温度的影响改变了多少?解析:在A 点时的电压、电流分别为78.0=A U V 和A I =0.25A;在B 点的电压、电流分别为82.1=B U V 和B I =0.40A;则在A 、B 点时的电阻A A A I U R ==Ω25.078.0=3.12Ω;Ω=Ω==55.440.082.1B B B I U R ,故电阻的变化为1.43Ω。
点评:本题的常见错误为把直线AB 的斜率当作电阻的变化。
三、二极管的伏安特性曲线对二极管施加正向偏置电压时,则二极管中就有正向电流通过(多数载流子导电),随着正向偏置电压的增加,开始时,电流随电压变化很缓慢,而当正向偏置电压增至接近二极管导通电压时(锗管为0.2V 左右,硅管为 0.7V左右),电流急剧增加,二极管导通后,电压的少许变化,电流的变化都很大。
第12讲伏安特性曲线的理解与应用【方法指导】1.伏安特性曲线的理解导体的伏安特性曲线是指电流与电压的关系曲线,用纵坐标表示电流I,用横坐标表示电压U,即得导体的I-U图象。
(1)线性元件:导体的伏安特性曲线为过原点的直线,即电流与电压成正比的线性关系,具有这种特点的元件称为线性元件,如金属导体、电解质溶液等.(2)非线性元件:伏安特性曲线不是直线的,即电流与电压不成正比的电学元件,称为非线性元件,如气态导体、半导体元件等.(3)I-U曲线上各点与原点连线的斜率表示电阻的倒数,而U-I曲线上各点与原点连线的斜率表示电阻.如图所示:甲图中斜率表示导体电阻的倒数,所以RⅠ<RⅡ;乙图中斜率表示导体的电阻,所以RⅠ>RⅡ.2.伏安特性曲线问题的分析方法(1)分析图像是要看准是I-U图像还是U-I图像。
I-U图像中,各点与原点连线的斜率表示电阻的倒数,而U-I曲线上各点与原点连线的斜率表示电阻。
(2)分清图线的斜率和图线上的点与原点连线的斜率。
两种图像中计算电阻时都是利用的图线上的点与原点连线的斜率,而不是图线的斜率。
(3)不可用直线倾角的正切来求物理图线的斜率。
物理图像中,横轴和纵轴的标度选取一般不同,且同一问题两次作图时标度也有可能不同,因此物理图线的斜率不一定等于数学上直线倾角的正切。
【对点题组】1.有a、b、c、d四个电阻,它们的U-I关系图象如图所示,则电阻最大的是()A .aB .bC .cD .d2.某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示,则下列说法中正确的是( )A .加5 V 电压时,导体的电阻为5 ΩB .加11 V 电压时,导体的电阻为1.4 ΩC .由图可知,随着电压的增大,导体的电阻不断减小D .由图可知,随着电压的减小,导体的电阻不断减小3.如图所示为一小灯泡的伏安特性曲线,横轴和纵轴分别表示电压U 和电流I .图线上点A 的坐标为(U 1、I 1),过点A 的切线与纵轴交点的纵坐标为I 2,小灯泡两端的电压为U 1时,电阻等于 ( )A.I 1U 1B.U 1I 1C.U 1I 2D.U 1I 1-I 24.甲、乙两个电阻,它们的伏安特性曲线画在一个坐标系中如下图所示,则( )A .甲的电阻是乙的电阻的1/3B .把两个电阻两端加上相同的电压,通过甲的电流是通过乙的两倍C .欲使有相同的电流通过两个电阻,加在乙两端的电压是加在甲两端电压的3倍D .甲的电阻是乙的电阻的2倍5.图示是某导体的I -U 图线,图中倾角为α=45°,下列说法正确的是( )A .通过电阻的电流与其两端的电压成正比B .此导体的电阻R =2 ΩC .IU 图线的斜率表示电阻的倒数,所以电阻R =cot 45°=1.0 ΩD.在R两端加6.0 V电压时,每秒通过电阻截面的电量是6.0 C6.如下图所示为两电阻R A、R B的伏安特性曲线,由图可知:(1)这两电阻大小之比为R A∶R B=________.A.1∶3 B.3∶1C.1 D. 1(2)当这两个电阻分别加上相同电压时,通过的电流之比为I A∶I B=________.A.1∶3 B.3∶1C.1 D. 1(3)当这两个电阻分别通上相同电流时,电阻两端的电压之比为U A∶U B=________.A.1∶3 B.3∶1C.1 D. 17.如图所示的图象所对应的两个导体:(1)电阻R1∶R2为多少?(2)若两个导体中的电流相等(不为零)时,电压之比U1∶U2为多少?(3)若两个导体中的电压相等(不为零)时,电流之比I1∶I2为多少?答案精析【对点题组】1.【答案】A 2.【答案】AD【解析】对某些电学元件,其伏安特性曲线不是直线,但曲线上某一点的UI 值仍表示该点所对应的电阻值.本题中给出的导体在加5 V 电压时,UI 值为5,所以此时电阻为5 Ω;当电压增大时,UI 值增大,即电阻增大,综合判断可知B 、C 项错误.3.【答案】B【解析】本题考查利用小灯泡的伏安特性曲线求电阻,意在考查学生对小灯泡的伏安特性曲线以及对电阻定义式的理解.由电阻的定义式R =U /I 可知,B 正确,其他选项错误.要特别注意R ≠ΔU /ΔI . 4.【答案】AC 5.【答案】AB【解析】通过电阻的电流I 与其两端的电压U 成正比.A 正确;导体的电阻R =U I =10 V/5 A=2 Ω.B 正确;I U 图线的斜率等于电阻的倒数,而斜率k =ΔyΔx =0.5,所以电阻为2 Ω,而cot 45°=1,所以电阻R ≠cot 45°.故C 错误;在R 两端加6.0 V 电压时,电流I =U R =62 A =3 A ,每秒通过电阻截面的电量是q =It =3×1 C =3 C .故D 错误.故选A 、B. 6.【答案】(1)A (2)B (3)A 【解析】(1)由R =U I =U I ∆∆得,R A =1030Ω=13 Ω,R B =1010 Ω=1 Ω. 所以R A ∶R B =1∶3,故选项A 正确. (2)由I =UR知,I A ∶I B =R B ∶R A =3∶1,故选项B 正确. (3)由U A =I A R A ,U B =I B R B ,I A =I B ,得U A ∶U B =R A ∶R B =1∶3,故选项A 正确. 7.【答案】(1)3∶1 (2)3∶1 (3)1∶3【解析】(1)因为在IU 图象中,R =1k =ΔUΔI ,所以R 1=10×10-35×10-3Ω=2 Ω, R 2=10×10-315×10-3 Ω=23 Ω, 所以R 1∶R 2=2∶(23)=3∶1.(2)由欧姆定律得 U 1=I 1R 1,U 2=I 2R 2,由于I 1=I 2,则U 1∶U 2=R 1∶R 2=3∶1. (3)由欧姆定律得 I 1=U 1R 1,I 2=U 2R 2,由于U 1=U 2,则I 1∶I 2=R 2∶R 1=1∶3.。
电子元件的伏安特性曲线实验报告实验一电子元件伏安特性的测定一、实验目的1.掌握电压表、电流表、直流稳压电源等仪器的使用方法2.学习电阻元件伏安特性曲线的测量方法3.加深理解欧姆定律,熟悉伏安特性曲线的绘制方法二、原理若二端元件的特性可用加在该元件两端的电压U 和流过该元件的电流I 之间的函数关系I =f (U )来表征,以电压U 为横坐标,以电流I 为纵坐标,绘制I-U 曲线,则该曲线称为该二端元件的伏安特性曲线。
电阻元件是一种对电流呈阻力特性的元件。
当电流通过电阻元件时,电阻元件将电能转化为其它形式的能量,例如热能、光能等,同时,沿电流流动的方向产生电压降,流过电阻R 的电流等于电阻两端电压U 与电阻阻值之比,即RU I(1-1)这一关系称为欧姆定律。
若电阻阻值R 不随电流I 变化,则该电阻称为线性电阻元件,常用的普通电阻就近似地具有这一特性,其伏安特性曲线为一条通过原点的直线,如图1-1所示,该直线斜率的倒数为电阻阻值R 。
线性电阻的伏安特性曲线对称于坐标原点,说明在电路中若将线性电阻反接,也不会不影响电路参数。
这种伏安特性曲线对称于坐标原点的元件称为双向性元件。
白炽灯工作时,灯丝处于高温状态,灯丝的电阻随温度升高而增大,而灯丝温度又与流过灯丝的电流有关,所以,灯丝阻值随流过灯丝的电流而变化,灯丝的伏安特性曲线不再是一条直线,而是如图1-2所示的曲线。
半导体二极管的伏安特性曲线取决于PN 结的特性。
在半导体二极管的PN 结上加正向电压时,由于PN 结正向压降很小,流过PN 结的电流会随电压的升高而急剧增大;在PN 结上加反向电压时,PN 结能承受和大的压降,流过PN 结的电流几乎为零。
所以,在一定电压变化范围内,半导体二极管具有单向导电的特性,其伏安特性曲线如图1-3所示。
图1-1 线性电阻元件的伏安特性曲线图1-2 小灯泡灯丝的伏安特性曲线图1-4 稳压二极管的伏安特性曲线稳压二极管是一种特殊的二极管,其正向特性与普通半导体二极管的特性相似。
三种元件的伏安特性曲线对比分析在电气工程中,三种常见的元件包括电阻器、电容器和电感器。
这些元件的伏安特性曲线对比分析对于理解它们的工作原理和应用特性非常重要。
一、电阻器的伏安特性曲线
电阻器是最简单的电气元件之一,它的主要功能是阻碍电流的流动。
在直流电路中,电阻器的伏安特性曲线是一条直线,斜率等于电阻值。
随着电压的增加,电流也相应增加。
在交流电路中,电阻器的伏安特性曲线会有相位偏移,但总体形状类似。
二、电容器的伏安特性曲线
电容器是一种储存电荷的元件,其伏安特性曲线与电阻器有所不同。
在直流电路中,电容器上的电压和电流是瞬时值,且电流为零。
在交流电路中,电容器上的电压和电流是交变的,电流会随时间变化而逐渐增加到最大值,然后再逐渐减小。
电容器具有隔直流、通交流的特性。
三、电感器的伏安特性曲线
电感器是一种储存磁能的元件,其伏安特性曲线与电容器相似。
在直流电路中,电感器上的电流是恒定的,不会随时间变化。
在交流电路中,电感器上的电流也是交变的,但会随时间逐渐增加到最大值,然后再逐渐减小。
电感器具有隔交流、通直流的特性。
四、对比分析
从三种元件的伏安特性曲线可以看出它们的工作原理和应用特性。
电阻器主要用于消耗电能,将电能转化为热能;电容器主要用于储存电荷,具有隔直流、通交流的特性;电感器主要用于储存磁能,具有隔交流、通直流的特性。
在实际应用中,可以根据需要选择合适的元件来实现特定的功能。
例如,可以利用电阻器来调节电路中的电流和电压;利用电容器来实现滤波和移相;利用电感器来实现储能和扼流等。
此外,三种元件的伏安特性曲线也反映了它们对于不同频率信号的响应。
电阻器对于不同频率的信号响应基本一致;电容器对于高频信号的响应较好;而电感器对于低频信号的响应较好。
因此,在实际应用中可以根据信号频率选择相应的元件来处理不同频率的信号。
综上所述,对三种元件的伏安特性曲线进行对比分析可以帮助我们更好地理解它们的工作原理和应用特性。
在实际应用中可以根据需要选择合适的元件来实现特定的功能,并根据信号频率选择相应的元件来处理不同频率的信号。