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实验6电阻元件伏安特性的测定

电阻是电学中常用的物理量。利用欧姆定律测导体电阻的方法称为伏安法。

为了研究材料的导电性，通常作出其伏安特性曲线，了解它的电压和电流的关系。伏安特性是直线的元件称为线性元件，伏安特性不是直线的元件称为非线性元件。这两种元件的电阻都可用伏安法测量。但是，由于测量时电表被引入测量电路，电表内阻必然会影响测量结果，因而应考虑对测量结果进行必要的修正，以减小误差。

【实验目的】

1．掌握电阻元件伏安特性的测量方法。

2．了解系统误差的分析方法，熟悉几种基本电学仪器的使用方法。

3.学会用作图法处理实验数据。?”

【实验原理】

1.伏安特性曲线

（1）线性电阻

实验中常用的线绕电阻、碳膜电阻和金属膜电阻等，它们都具有以下的共同特性，即加在该电阻上的电压与通过其上的电流总是成比例地变化（忽略电流热效应对阻值的影响）。若以纵轴表示电流，横轴表示电压，电流和电压的关系就表示为一条直线（如图6－1所示）。具有这种特性的电阻元件称为线性电阻元件。

（2）非线性电阻

如果电阻元件两端的电流、电压关系为曲线，则这类电阻元件称为非线性电阻元件（如热敏电阻、二极管等），这种元件的特点是电阻随加在它两端的电压改变而改变。一般均用伏安特性曲线来反映非线性电阻元件的特性。

2.稳压管简介

图6－1线性电阻的伏安特性曲线图6－2稳压管的伏安特性曲线

（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，工作在反向击穿状态。在制造稳压管时使它具有低压击穿特性。稳压管电路中串入限流电阻，使稳压管击穿后电流不超过允许的数值，因此击穿状态可以长期继续，并能很好地重复工作而不至于损坏。

稳压管的伏安特性曲线如图6－2所示，它的正向特性与普通硅二极管一样，但反向击穿特性较陡。由图6－2可见，当反向电压增大到击穿电压以后，稳压管进人击穿状态（在曲线的AB段），虽然反向电流在很大的范围内变化，但它两端的电压变化很小，即基本恒定。利用稳压管的这一特性，可以达到稳压的目的。

（2）稳压管的参数

1）稳压管是典型的非线性元件，它的正反两方向的电阻差异很大，其正向电阻只有几欧姆到几百欧姆，而反向电阻却在几干欧姆以上。

2）稳压电压，即稳压管在反向击穿后其两端的实际工作电压。实验中所使用的2DW7B型稳压管，其正向导通电压约为0.7V，稳压值约为－6.5～－5.8V。对每个稳压管而言，对应于某一工作电流，稳压电压有相应的确定值。

3）稳定电流，即稳压管电压等于稳压电压时的工作电流。实验中所使用的2DW7B型稳压管，其稳压电流为10mA，最大稳压电流为30mA，最大耗散功率0.2W。

4）动态电阻，它是稳压管电压变化与相应的电流变化之比，即。显然，越小，稳压的效果越好。动态电阻的数值随工作电流的增加而减小，但当工作电流以后，的减小不显著，而当sh时，明显增加，阻值较大。实验中所使用的2DW7B型稳压管，其工作电流为10mA时，动态电阻约为10～25Ω。

5）最大稳定电流和最小稳定电流。是指稳压管的最大工作电流，超过此值，即超过了管子的允许耗散功率；是指稳压管的最小工作电流，低于此值，不再稳定，常取。

3．伏安法的两种接线方式及其方法误差

伏安法测电阻有两种接线方式，即电流表外接法和电流表内接法。如图6－3（a）和图6－3（b）所示。由于电表内阻的影响，无论采用哪种接法总存在一定的方法误差，但经修正之后，都可获得正确的结果。

图6－3伏安法的两种接线方式

(1)电流表外接法

在图6-3(a)中，电压表的读数U等于电阻两端的电压；电流表的读数I不等于，而是，所以实验中测得的待测电阻阻值为

（1）

式中，为电压表的内阻。由此可见，采用电流表外接法测得的R值比实际值偏小，只有当时才有，所以电流表外接法适合测量低值电阻。

（2）电流表内接法

在图6—3(b)中，电流表的读数I为通过电阻的电流，电压表的读数U不是，而是。所以实验中测得的待测电阻阻值为：

(2)

式中，为电流表的内阻，采用电流表内接法，测得的R值比实际值偏大，只有当时才有，所以电流表内接法适合测高值电阻。

【实验仪器】

直流稳压电源，电流表，电压表，滑线变阻器，被测线性电阻（如金属膜电阻），稳压管、小灯泡及开关等。

【实验内容】

1．测定线性电阻的伏安特性

用两种接线方法测量电阻伏安特性的实验线路如图6—3所示。测量时加在被测元件两端的电压不得超过该元件允许的最大电压值。若被测元件的阻值为R，额定功率为P，则其最大允许电压值为：

(3)

最大允许电流值为：

(4)

图6