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实验11 电阻元件的伏安特性 ［学习重点］ 1．学习常用电磁学仪器仪表的正确使用及简单电路的联接。 2．掌握用伏安法测量电阻的基本方法及其误差的分析。 3．测定线性电阻和非线性电阻的伏安特性。 ［实验原理］ 电阻是导体材料的重要特性参数之一。在生产、维修检测和实验中经常要对电阻进行测量。测量电阻的方法有多种，伏安法是常用的基本方法之一。所谓伏安法，就是运用欧姆定律，测出电阻两端的电压U和其上通过的电流I，根据 即可求得电阻值R。也可运用作图法，做出伏安特性图线，从图线上求得电阻的阻值。对有些电阻器件，其伏安特性图线为直线的称为线性电阻，如常用的碳膜电阻，金属线绕电阻、金属膜电阻等。另外有些元件，伏安特性图线为曲线，称为非线性元件，如灯泡、晶体二极管、稳压管、热敏电阻等。非线性电阻元件的电阻值是随外界条件变化的，在一定的条件下只有通过作图法才能反映它的特性。 用伏安法测电阻，原理简单，测量方便，但由于电表内阻接入的影响，会给测量带来一定系统误差，如图4-11-1（a）和（b），分别为电流表内接和电流表外接两种电路。 +-- + - - - + mA V Rx K E R0 Rx K + + - - E - + R0 + + 图 4-11-1（a）mAV（b） 图 4-11-1 （a） mA V （b） 在电流表内接法中，由于电压表测出的电压值U包括了电流表两端的电压，因此，测量值要大于被测电阻的实际值。 可见，由于电流表内阻不可忽略，故产生一定的误差。 在电流表的外接法中，由于电流表测出的电流I包括了流过电压表的电流，因此，测量值要小于实际值。由 可见，由于电压表内阻不是无穷大，故给测量带来一定误差。 上述两种联接电路的方法，都给测量带来一定的系统误差，即测量方法误差。为此，必须对测量结果进行修正。其修正值为 ?Rx =Rx - R 其中R为测量值，Rx为实际值。 为了减小上述误差，必须根据待测电阻的大小和电表内阻的不同，正确选择测量电路。当 Rx? RmA 且Rx? RU 时，选择电流表内接法。 Rx? RU 且Rx? RmA 时，选择电流表外接法。 Rx? RmA Rx? RU 时，两种接法均可。 经过以上处理，可以减小和消除由于电表接入带来的系统误差，但电表本身的仪器误差仍然存在，它决定于电表的准确度等级和量程，其相对误差为 式中ΔI和ΔU 为电流表和电压表允许的最大示值误差。 ［实验仪器］ 直流毫安表、直流电压表、直流稳压电源、滑线变阻器、电阻箱、待测金属膜电阻、待测晶体二极管、待测稳压管、电键、导线等。 ［实验内容及步骤］ 测定金属膜电阻的伏安特性 （1）按图4-11-1（a）联接连好电路。取金属膜电阻Rx为1000?左右，每改变一次电压U，读出相应的I值，将测量数据记入自拟表格中，并作伏安特性图线，从图线上求得电阻值。 （2）按图4-11-1（b）联接连好电路。仍用（1）中的Rx ，每改变一次电流I值，读出相应的电压U值，将测量数据记入表中，并作伏安特性图线，从图线上求得电阻值。 （3）根据电表内阻的大小，分析上述两种测量方法中，哪种电路的系统误差小。 I（mA）U(V)U I（mA） U(V) U击穿 死 区 晶体二极管PN结在正向导电时电阻很小，反向导 电时电阻很大，具有单向导电性。随着所加电压的大小， 电流也不是成比例的变化，它的伏安特性图线是一条曲 线，所以属非线性元件。由图4-11-2可见，在二极管两 端加正向电压时，在死区电压以内，二极管呈现的电阻 较大，所以只有很小的电流，一旦超过死区电压，电流 增长很快。二极管的正向电流不允许超过最大整流电流， 否则将导致二极管损坏。当加反向电压时，由于少数载 流子的作用，形成反向电流。反向电压在一定范围内， 图 4-11-2反向电流很小，特别是硅管几乎为零，而且几乎不变， 图 4-11-2 形成反向饱和电流。当反向电压增大到一定程度后，反 向电流突然增大，出现反向击穿现象，此时二极管将因击穿而损坏， 所以二极管必须给出反向工作电压（通常是击穿电压的一半）。 图 4-11-3+ -VK 图 4-11-3 + - V K E mA R R0 D + - - + 1.5V，从0V开始，每隔0.1V读一次电流， 直到电流达30mA为止。利用实验数据作正 向伏安特性曲线；并根据图线求出伏安特性。 数据表格自拟。 3．测量稳压管的伏安特性 （1）稳压管的稳压特性 稳压管实质上就是一个面结型硅二极管， 它具有陡峭的反向击穿特性，工作在反向击穿状