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非线性电阻特性的实验研究.doc

非线性电阻特性的实验研究

正視_偶們的愛
2017-09-18 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《非线性电阻特性的实验研究doc》,可适用于高等教育领域

非线性电阻特性的实验研究摘要:本文介绍了非线性电阻伏安特性的研究方法。主要的改进体现在电阻接法上。采用内接法和外接法来减小对测量电阻的影响整理实验数据得出实验结论。实验结果表明不同电学元件的伏安特性曲线不同。非线性电阻的伏安特性所反映出来的规律总是与一定的物理过程相联系的。关键词:非线性电阻实验伏安特性二极管电阻【中图分类号】G一、引言电阻元件的伏安特性曲线(电压,电流曲线)呈直线型的称为线性电阻呈曲线型的称为非线性电阻。伏安特性是电学元件最重要的特性之一。实验中选择了三种非线性电阻元件金属膜电阻、稳压型二极管和小灯泡测绘伏安特性曲线建立电压和电流之间关系的经验公式。通过实验学习探索物理量间关系、建立定量经验公式的基本方法。二、实验原理电阻分为线性和非线性两种。用伏安法测出来的U和I不成正比关系的为非线性元件。电压不同时电阻也不同。所谓伏安法就是运用欧姆定律测出电阻两端的电压和其上通过的电流根据R=VI即可求得阻值R。也可运用作图法作出伏安特性曲线从曲线上求得电阻的阻值。对有些电阻其伏安特性曲线为直线称为线性电阻如常用的碳膜电阻、线绕电阻、金属膜电阻等。有些元件如灯泡、晶体二极管、稳压管、热敏电阻等伏安特性曲线不是直线称为非线性电阻元件可通过作图法反映它的特性。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给测量带来一定系统误差。在电流表内接法中由于电压表测出的电压值V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。由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的误差。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阻值的大小和电表内阻的不同正确选择测量电路。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图电流表内接图图电流表外接图式中和为电流表和电压表允许的最大示值误差。三、实验仪器非线性电阻元件(照明小灯泡(V、W)稳压二极管(CWDImaxmA、VV)发光二极管(EFAImaxmA红、黄)光敏二极管(CUA)热敏电阻)电压表电流表(应注意电表的量程和电阻)直流电源光源滑线变阻器导线等。四、实验内容:测定金属膜电阻的伏安特性()根据图联接好电路。金属膜电阻Rx为W每改变一次电读出相应的I值根据测得的数值作伏安特性曲线再从曲线上压V求得电阻值。()根据图联接好电路仍用测量步骤中Rx每改变一次电流值读出相应的电压来。同做出伏安特性曲线并从曲线上求得电阻值。图()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。测量AP型晶体二极管的正向和反向伏安特性()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。在制造稳压管的工艺上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持续并能很好地重复工作而不致损坏。稳压管的特性曲线如图所示它的正向特性和一般硅二极管一样但反向击穿特性较陡。由图可见当反向电压增加到击穿电压以后稳压管进入击穿状态曲线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或基本恒定。利用稳压管的这一特性可以达到稳压的目的。()稳压管的参数稳定电压Vx。即稳压管在反向击穿后其两端的实际工作电压。这一参数随工作电流和温度的不同略有改变并且分散性较大例如CW型的Vx=~V。但对每一个管子而言对应于某一工作电流稳定电压有相应的确定值。稳定电流Ix。即稳压管的工作电压为稳定电压时的工作电流。动态电阻rx。是稳压管电压变化和相应的电流变化之比即。最大稳定电流Ixmax和最小稳定电流Ixmin。Ixmax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Ixmin是指稳压管的最小工作电流低于此值Vx不再稳定常取Ixmin=~mA。()稳压管伏安特性测定的实验电路实验电路如图所示。E为~V可调电源R为限流电阻器。()测定稳压管的正向特性按图连接电路R阻值调到最大可调稳压电源的输出为零。增大输出电压使电压表的读数逐渐增大观察加在稳压管上电压随电流变化的现象通过观察确定测量范围即电压与电流的调节范围。测定稳压管的正向特性曲线不应等间隔的取点即电压的测量值不应等间隔地取而是在电流变化缓慢区间电压间隔取的疏一些在电流变化迅速区间电压间隔取得密一些。如测试的CW型稳压管电压在V~V区间取~个点即可。()测定稳压管的反向特性将稳压管反接定性观察被测稳压管的反向特性通过观察确定测试反向特性时电压的调节范围(即该型号稳压管的最大工作电流Ixmax所对应的电压值)。测试反向特性同样在电流变化迅速区域电压间隔应取得密一些。()取电源电压为V从V开始每隔V读一次电流直到电流达mA为止作正向伏安特性曲线。按图连接电路取电源电压为V从V开始每隔,V读一次数直到V为止。观察并测定反向伏安特性。(测量小灯炮的伏安特性()自行设计测试小灯炮伏安特性的线路()用测量数据画出小灯炮的伏安特性曲线图。()说明小灯炮的电阻特性。五、数据记录与处理、测量二极管的正向、反向伏安特性曲线图表测量CW型二极管的正向伏安特性数据记录表电压UV电流ImA级电压表量程V级电流表量程mA。图CW型二极管的正向伏安特性曲线表测量CW型二极管的反向伏安特性数据记录表电压vV电流ImA级电压表量程V级电流表量程mA。图CW型二极管的反向伏安特性曲线、测量小灯泡伏安特性曲线表测量小灯泡伏安特性曲线的数据记录表电压vV电流ImA级电压表量程V级电流表量程mA。图小灯泡伏安特性曲线、建立经验公式:()CW型二极管的正向伏安特性电压,电流函数关系图二极管正向伏安特性曲线半对数图线应用最小二乘法进行曲线拟合CW型二极管的正向伏安特性电压电流函数关系:相关系数RU=Ln(I)其中电流单位mA电压单位V=。(,)()小灯泡伏安特性电压,电流函数关系图小灯泡伏安特性曲线半对数图线应用最小二乘法进行曲线拟合小灯泡伏安特性电压电流函数关系:I=Ln(U)其中电流单位mA电压单位V相关系数R=。(,)六、实验结论:在常温常压条件下测量结果为(二极管的正向伏安特性电压电流函数关系:U=Ln(I)其中电流单位mA电压单位V。(小灯泡伏安特性电压电流函数关系:I=Ln(U)其中电流单位mA电压单位V。七、误差分析:由于线路中仪表内阻的原因不管电流表是内接还是外接都要引入系统误差但合理的安排可以减小这一系统误差。在和一定的条件下当较小时(即)采用电流表外接法系统误差较小当较大时采用电流表内接法系统误差较小。参考文献胡翔骏(电路分析Z高等教育出版社(于歆杰(电路原理Z清华大学出版社姚仲兴,姚维(电路分析原理Z机械工业出版社(

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