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2a-电学元件伏安特性的测量(简化)_480607260.pdf

2a-电学元件伏安特性的测量(简化)_480607260

destroy789
2013-07-03 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《2a-电学元件伏安特性的测量(简化)_480607260pdf》,可适用于高等教育领域

实验电学元件伏安特性的测量电路中有各种电学元件如碳膜电阻、线绕电阻、半导体二极管和三极管以及光敏和热敏元件等等。人们常需要了解它们的伏安特性以便正确地选用它们。伏安特性的测量中所用的实验方法、仪器以及用到的分压器线路都是电学实验中最基本的因此做这个实验可以作为电学实验的基本训练。实验目的.了解分压器电路的调节特性.掌握测量伏安特性的基本方法、线路特点及伏安法测电阻的误差估算.学习按回路接线的方法实验原理分压电路及其调节特性.分压电路的接法如图所示将变阻器R的两个固定端A和B接到直流电源E上而将滑动瑞C和任一固定端(A或B图中为B)作为分压的两个输出端接至负载RL。图中B端电位最低C端电位较高CB间的分压大小U随滑动端C的位置改变而改变U值可用电压表来测量。变阻器的这种接法通常称为分压器接法。分压器的安全位置一般是将C滑至B端这时分压为零。.分压电路的调节特性如果电压表的内阻大到可忽略它对电路的影响那末根据欧姆定律很容易得出分压为U=ERRRRRRRBCBCBC)(LL()从上式可见因为电阻RBC可以从零变到R所以分压U的调节范围为零到E分压U与负载电阻RL的大小有关。理想情况下即当RL>>R时U=ERBC/R分压U与阻值RBC成正比亦即随着滑动瑞C从B滑至A分压U从零到E线性地增大。当RL不是比R大很多时分压电路输出电压就不再与滑动端的位移成正比了。实验研究和理论计算都表明分压与滑动端位置之间的关系如图的曲线所示。RL/R越小曲线越弯曲这就是说当滑动端从B端开始移动在很大一段范围内分压增加很慢接近A端时分压急剧增大这样调节起来不太方便。因此作为分压电路的变阻器通常要根据外接负载的大小来选用。必要时还要同时考虑电压表内阻对分压的影响。电学元件的伏安特性在某一电学元件两端加上直流电压在元件内就会有电流通过通过元件的电流与其端电压之间的关系称为电学元件的伏安特性。一般以电压为横坐标和电流为纵坐标作出元件的电压电流关系曲线称为该元件的伏安特性曲线。对于碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等电学元件在通常情况下通过元件的电流与加在元件两端的电压成正比关系变化即其伏安特性曲线为一通过原点的直线。这类元件称为线性元件如图所示。至于半导体二极管、稳压管、热敏电阻等元件通过元件的电流与加图分压电路图分压电路输出电压与滑动端位置的关系VEACBRRLC端位移输出电压UE电源电压BA理想情况RLR在元件两端的电压不成线性关系变化其伏安特性为一曲线。这类元件称为非线性元件图所示为一例。在设计测量电学元件伏安特性的线路时必须了解待测元件的规格使加在它上面的电压和通过的电流均不超过元件允许的额定值。此外还必须了解测量时所需其他仪器的规格(如电源、电压表、电流表、滑线变阻器等的规格)也不得超过仪器的量程或使用范围。同时还要考虑根据这些条件所设计的线路应尽可能将测量误差减到最小。实验线路的比较与选择用伏安法测量电阻R的伏安特性的线路中常有两种接法即图(a)中电流表内接和图(b)中电流表外接两种方法。电压表和电流表都有一定的内阻(分别设为RV和RI)。简化处理时可直接用电压表读数U除以电流表读数I来得到被测电阻值R即R=U/I但这样会引进一定的系统性误差。当电流表内接时电压表读数比电阻端电压值大应有IRIUR(a)在电流表外接时电流表读数比电阻R中流过的电流值大这时应有VRUIR(b)显然如果简单地用U/I值作为被测电阻值电流表内接法的结果偏大而电流表外接法的结果偏小都有一定的系统性误差。在需要作这样简化处理的实验场合如果为了减小上述系统性误差测电阻的方案就可这样选择:比较lg(RRI)和lg(RVR)的大小(比较时R取粗侧值或已知的约值)前者大则选电流表内接法后者大则选用电流表外接法(选择原则)。由于本实验中所用的电压表和电流表均为指针式磁电系仪表量程和准确度等级一定时按本实验室约定用《电磁学实验基本仪器》一篇中的()式来估算电压(或电流)的测量不确定度U(I)。这样用R=U/I简化计算时有下式。)()(ΔIURIUR()可见要使电阻测量的准确度高线路参数的选择应使电表读数尽可能接近满量程(选择原则)。当电压表(电流表)的内阻值RV(RI)及其不确定度大小VRΔ(IR)已知时可用(a)图线性元件的伏安特性图某非线性元件的伏安特性(a)电流表内接(b)电流表外接图测量电阻伏安特性的线路ImAOUVImAOUVmAVRmAVR或(b)式更准确地求得被测电阻值RR的不确定度R可分别按下式计算电流表内接时:IURIURRIURIIIRIURI(a)电流表内接时:VVVRIURRIURIURIURV(b)用(a)或(b)式来得到电阻值R时线路方案及参数的选择应使RR最小(选择原则)。在一些情况下分别从(a)和(b)二式求得的RR是相差不大的。实验任务半定量观察分压电路的调节特性。选用一适当阻值的变阻器R接成分压电路以电阻箱作为外接负载RL当RL/R取不同比值时测定并观察输出电压随滑动端位移的变化情况(只作记录不作曲线)。对于电阻值约为k和k的两个电阻分别用图所示的两种方法测量详细记录实验数据。课后对实验数据进行计算、分析和比较讨论计算结果并得出结论。数据表格.半定量观察分压电路的调节特点选取变阻器R=▁▁▁▁▁▁(-量级)RBCRU(V)RL()(RLR≈)(RLR)≈(RLR)≈.两种线路的对比研究电流表准确度等级▁▁▁▁量程Im=▁▁▁mARI=▁▁▁IR=▁▁▁电压表准确度等级▁▁▁▁量程Um=▁▁▁V时RV=▁▁▁VR=▁▁▁量程Um=▁▁▁V时RV=▁▁▁VR=▁▁▁记录被测电阻约数kka接法(电流表内接)电压表量程Um(V)电压读数U(V)电流读数I(mA)b接法(电流表外接)电压表量程Um(V)电压读数U(V)电流读数I(mA)计算a接法R=UIRI()R/R按(a)式计算简化计算误差(UIR)()b接法R=(IURV)()R/R按(b)式计算简化计算误差(UIR)()讨论比较(UIR)说明简化处理时哪种方法好比较(R/R)说明应用哪种接法好思考题.如图所示的分压电路中取滑动端C和固定端A作为分压输出端接至负载哪端电位高哪端电位低?分压输出为零时C端应在什么位置?.半导体二极管的正向电阻小而反向电阻很大在测定其伏安特性时线路设计中应注意些什么问题?.如果分压电路误接成图所示的接法将会发生什么问题?用图所示的线路(R作为一个可调限流电阻)测量伏安特性曲线较之图所示的用分压器接法的线路有什么区别?各有什么特点?图分压电路图分压电路的一种错误接法图思考题电路EBARRLCEABRRLCVEACBRLmA

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