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非線性元件特性曲線的測定及曲線繪制
一、實驗?zāi)康?br> 1、了解非線性元件的伏安特性；
2、學(xué)習(xí)非線性元件伏安特性曲線的測試方法；
3、掌握繪制曲線的方法。
二、 原理說明
1、非線性元件的伏安特性
在電路中，元件的特性一般用該元件上的電壓Ｕ與通過元件的電流Ｉ之間的函數(shù)關(guān)系U = f (I) 來表示，這種函數(shù)關(guān)系稱為該元件的伏安特性，也稱外部特性。通常將Ｕ和I分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)繪成曲線，這種曲線就叫做伏安特性曲線或外特性曲線。
線性電阻元件的伏安特性符合歐姆定律，它在u-i 平面上是一條通過原點的直線，如圖6.8.1所示。該特性曲線各點斜率與元件電壓、電流的大小和方向無關(guān)，所以線性電阻元件是雙向性元件。
圖6.8.1
非線性二端元件的伏安特性不服從歐姆定律，在u-i平面上是一條曲線。以下我們將討論普通晶體二極管、穩(wěn)壓二極管和白熾燈泡三種非線性電阻元件的伏安特性。
普通晶體二極管的特點是正向電阻和反向電阻區(qū)別很大，其伏安特性曲線如圖6.8.2（a）所示。它的電阻值不僅隨著流過它的電流大小而變化，而且還隨著電流的方向不同而有很大的不同，其伏安特性曲線對坐標(biāo)原點不對稱，是非雙向性元件，具有單向?qū)щ姷奶攸c。
穩(wěn)壓二極管的正向伏安特性類似于普通晶體二極管，但其反向伏安特性則較特別，如圖6-8-2（b）所示。在反向電壓開始增加時，其反向電流幾乎為零，但當(dāng)電壓增加到某一數(shù)值時（一般稱為穩(wěn)定電壓），電流突然增加，以后它的端電壓維持恒定，不再隨外電壓升高而增加。利用這種特性，穩(wěn)壓二極管在電子設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。
白熾燈泡在工作時，燈絲處于高溫狀態(tài)，其燈絲電阻隨著溫度的改變而改變，并且具有一定的慣性；又因為溫度的改變與流過燈泡的電流有關(guān)，所以它的伏安特性為一條曲線，如圖6.8.2（c）所示。由圖可見，電流越大、溫度越高，對應(yīng)的燈絲電阻也越大。一般燈泡的“冷電阻”與“熱電阻”可相差幾倍至十幾倍。
?。╝） （b） （c）
圖6.8.2 非線性元件的伏安特性
2、伏安特性曲線的測試方法
在使用電表測試二端電阻元件的伏安特性曲線時，應(yīng)注意電壓表和電流表都具有一定的內(nèi)阻RV和RA，測量時必須考慮到電表內(nèi)阻對被測電路的影響。
三、實驗任務(wù)
1、測定晶體二極管的伏安特性曲線。
本次實驗測定的晶體二極管的參數(shù)為1.5A，100V。
自行設(shè)計實驗線路圖，測試該晶體二極管的伏安特性曲線，測量數(shù)據(jù)表格自擬。
2、測定穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線。
本次實驗測定的穩(wěn)壓二極管的參數(shù)為5V，1W。
將任務(wù)1中的晶體二極管換成穩(wěn)壓二極管，重復(fù)任務(wù)1的測量，并將實驗數(shù)據(jù)填入自擬的表格。
3、測定白熾燈泡的伏安特性曲線。
圖6.8.3
按圖6.8.3接線并接通交流電源，根據(jù)曲線的性質(zhì)，調(diào)整電源電壓輸出為0~240V。
測量點要求：電源電壓從最小值開始，單調(diào)增加，最后一點要求電壓≥230V。相鄰數(shù)據(jù)點間電壓增幅不宜超過12V，整個曲線測量取點總數(shù)應(yīng)在20-25點左右為宜。
自擬表格記錄每一測量點電流表和電壓表的讀數(shù)。
注意：測量點安排得越多、越合理，測量得到的特性曲線就越接近實際情況。
四、實驗儀器設(shè)備
1、數(shù)字萬用表
2、電工綜合實驗臺
3、 DG05單相燈負(fù)載實驗組件
4、 DG07多功能網(wǎng)絡(luò)實驗組件
五、預(yù)習(xí)思考及注意事項
1、預(yù)習(xí)被測元件伏安特性曲線的大致形狀，預(yù)測被測量（電壓、電流）的取值范圍，測量數(shù)據(jù)點應(yīng)如何分布？應(yīng)選用哪些儀表及其量程
2、選取適當(dāng)測量點，針對所要求完成的實驗任務(wù)設(shè)計好實驗線路和數(shù)據(jù)表格。
3、實驗過程中直流穩(wěn)壓電源不能短路，以免損壞設(shè)備。
4、分析影響實驗準(zhǔn)確度的主要因素，并設(shè)法消除或降低其影響。
六、實驗報告要求
1、整理測量數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上按合適的比例繪出各元件的伏安特性曲線；
2、學(xué)習(xí)使用計算機軟件繪制伏安特性曲線，了解曲線擬合的方法；
3、分析各測量誤差產(chǎn)生的原因。
工商網(wǎng)監(jiān)
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