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实验一 伏安法测电阻 实验目的 掌握用伏安法测电阻的方法。 正确使用伏特表、毫安表等，了解电表接入误差。 了解二极管的伏安特性。 实验仪器 直流稳压电源，滑线变阻器，伏特表，毫安表或微安表（或万用表），待测电阻，待测二极管等。 实验原理 所谓用伏安法测电阻，就是用电压表测量加于待测电阻RX 两端的电压V，同时用电流表测量通过该电阻的电流强度I，再根据欧姆定律RX＝V／I计算该电阻的阻值。因为电压的单位为“伏”，电流的单位为“安”，所以这种方法称为伏安法。 安培表的两种接法及其接入误差 用伏安法测电阻，可采用图1–1所示（a）和（b）两种电路。由于安培表和伏特表均有内阻（RA，RV），所以上述两种电路都存在接入误差（系统误差）。 安培表内接。如图1–1（a）所示的电路，安培表测出的I是通过待测电阻RX 的电流IX ，但伏特表测出的V就不只是待测电阻RX 两端的电压VX ，而是RX 与安培表两端的电压之和，即＝VX＋VA，若待测电阻的测量值为R，则有 （1–1） 由此可知，这种电路测得的电阻值R要比实际值大。式（1–1）中的RA／RX 是由于安培表内接给测量带来的接入误差（系统误差）。如果安培表的内阻已知，可用下式进行修正 （1–2） 当RXRA时，相对误差RA／RX 很小。所以，安培表的内阻小，而待测电阻大时，使用安培表内接电路较合适。 安培表外接。如图1–1（b）所示的电路，伏特表测出的V是待测电阻RX 两端的电压VX ，但安培表测出的I是流过RX 的电流IX 和流过伏特表的电流IV 之和，即I＝IX＋IV。若待测电阻的测量值为R，则有 （1–3） 由上式可知，这种电路测得的电阻值R要比实际值RX小。式（4–1–3）中的RX／RV是由于安培表外接带来的接入误差（系统误差）。若伏特表的内阻RV已知，可用下式修正 （1–4） 当RVRX 时，相对误差RX／RV 很小。所以，伏特表的内阻大，而待测电阻小时，使用安培表外接较合适。 由以上分析可知用伏安法测电阻时，由于安培表和伏特表都有一定的内阻，将它们接入电路后，就存在着接入误差（系统误差），所以测得的电阻值不是偏大就是偏小，两个相比较，当RARX 时，采用安培表内接电路有利；当RV RX 时，采用安培表外接电路有利。一般情况，都应根据式（1–2）和式（1–4）进行修正，求得待测电阻RX。 线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线 若一个电阻元件两端的电压与通过电流成正比，则以电压为横轴，以电流为纵轴所得到的图象是一条通过坐标原点的直线，如图1–2（a）所示，这种电阻称为线性电阻。若电阻元件电压与电流不成比例，则由实验数据所描绘的I～V图线为非直线，这种电阻称为非线性电阻。晶体二极管的特性就属于这种非线性情况，如图1–2（b）所示。 2AP型晶体二极管，它的结构和符号如图1–3所示。把电压加在二极管的两端，如它的正极接高电位点，负极接低电位点，即加正向电压，则电路中有较大的电流（毫安级）且电流随电压的增加，但不成正比，若二极管的正极接低电位点，负极接高电位点，即加反向电压，则电流非常微弱（微安级），电流与电压也不成正比，当反向电压高到一定数值时，电位急剧增加，以致击穿，在使用二极管时，应了解允许通过它的最大正向电流和允许加于它两端的最高反向电压。 实验内容 测量线性电阻 根据待测电阻选择图1–1（a）或（b）接好线路，注意思考如何选取合适的电源电压和电压表、电流表的量程以及接通电源前滑线变阻器的滑动头应设置在什么位置。 调节变阻器的滑动头，由小到大均匀的测量6个电压值（先粗侧，如不能达到要求，调整电源及电压表、电流表的量程），并记录对应的电流值，以电压值为横坐标，电流值为纵坐标，从图上得到一条直线，求出其斜率的倒数即为R。 根据所接线路，选择修正公式进行修正，最后求出待测电阻RX。 测量二极管的伏安特性 正向特性：按图1–4（a）接好电路，把K接通。实验自零伏开始，每增加一个电压值，读取一次电流值，共读取6—10组数据，并填入事先准备好的数据表格内。注意在曲线拐弯处，电压间隔应取小一些。 反向特性：按图1–4（b）接好电路，实验自零伏开始，每隔一定电压间隔，读取一组电压和电流的数据，共测若干组。 画伏安特性曲线：以电压为横坐标，电流为纵坐标，根据实验所得数据参照图1–2（b）作出被测二极管的伏安特性曲线，无论横轴或纵轴，在其正向和反向都可取不同的坐标分度。 复习与思考 在本实验中，能否用限流电路测量固定电阻？为什么？ 在安培表外接，RV RX 时，相对误差为RX／RV ，试推导这一结果。 二极管的正向电阻是否定值？与什么有关系？图1–4（a）与（b）的电表接法为什么采用不同形式？ 实验二 静电场的模拟测绘 实验目的