实验四电阻元件伏安特性的测定精Word格式.docx
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欧姆生平简介
欧姆(GeorgSimonOhm,1787~1854年)是德国物理学家。
1826年,欧姆发现了电学上的一个重要定律——欧姆定律,这是他最大的贡献。
这一定律可以表示为两种形式:
一是部分电路的欧姆定律,通过部分电路的电流,等于该部分电路两端的电压,除以该部分电路的电阻;
二是全电路的欧姆定律,即通过闭合电路的电流,等于电路中电源的电动势,除以电路中的总电阻。
为了纪念他,人们把电阻的单位命名为欧姆。
【实验目的】
1、了解电学实验常用仪器的规格、性能,学习它们的使用方法。
2、学习电学实验的基本操作规程和连接电路的一般方法。
3、掌握电阻元件伏安特性的测量方法,用伏安法测电阻。
4、了解系统误差的修正方法,学会作图法处理实验数据。
【实验仪器和用具】
直流稳压电源(SG1731SL5A),直流电压表(C31/1-V0.5级),直流电流表(C31/1-A0.5级),滑线变阻器(0.5A,1.5K),待测电阻两个(一个几十欧,一个几千欧),待测二极管,单刀单掷开关一个,单刀双掷开关一个,导线10根。
【实验原理】
1、伏安特性曲线
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正比例的变化(忽略电流热效应对阻值的影响)。
若以纵坐标表示电流,横坐标表示电压,电流与电压的关系就表示为一条直线如图4-4-4(a)所示。
具有这种特性的电阻元件成为“线性电阻元件”。
2、非线性电阻
如果电阻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如图4-4-4(b)所示。
一般均用伏安特性曲线来反映非线性电阻元件的特性。
3、伏安法测电阻
欧姆定律告诉我们,通过一段电路的电流,与这段电路两端的电压成正比,与这段电路的电阻成反比,即。
由此可求得电阻
(4-1)
这是伏安法测电阻所根据的基本原理。
(1)电流表内接法
如图4-5所示,将单刀双掷开关接到端,电电路属于电流表内接法。
电流表测出的电流就是通过待测电阻的电流,但电压表测出的电压U应等于两端的电压与电流表内阻上的电压之和。
(4-2)
由此式可知,电阻的测量值比实际值要大,是由于电流表内接带来的误差,称为接入误差。
在粗略测量的情况下,一般在(如为几千欧)时用“内接法”。
为精确计算出的值,应按式进行修正。
(由实验室给出)。
(2)电流表外接法
图4-5中,将接到b端,电路属于电流表外接法.电压表测出的电压U就是两端的电压,但电流表测出电流I应等于与之和。
(4-3)
由此式可知,电阻的测量值比实际值要小,是由于电流表外接带来的接入误差。
在粗略测量的情况下,一般在(如为几欧或几十欧)时用“外接法”。
4、半导体二极管
半导体二极管是一种常用的非线性电子元件,由P型、N型半导体材料制成PN结经欧姆接触引出电极,封装而成。
两个电极分别为正极、负极。
二极管的主要特点是单向导电性,其伏安特性曲线如图4-4(b)所示。
其特点是:
在正向电流和反向电压较小时,伏安特性呈现为单调上升曲线;
在正向电流较大时,趋近为一条直线;
在反向电压较大时,电流趋近极限值,叫做反向饱和电流;
在反向电流超过某一数值—时,电流急剧增大,这种情况称做击穿,叫做击穿电压。
正向导通后锗管的正向电压降约为0.2~0.3V,硅管约为0.6~0.8V。
二极管的主要参数有:
最大整流电流,即二极管正常工作时允许通过的最大正向平均电流;
最大反向电压,一般为反向击穿电压的一半;
反向电流是反向饱和电流的额定值。
由于二极管具有单向导电性,它在电子电路中得到了广泛应用,常用于整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件。
5、测量电阻元件特性应注意的问题:
(1)伏安法测电阻
测量时加在被测电阻两端的电压不得超过该电阻的最大电压值。
若被测电阻的阻值为,额定功率为,则其最大允许电压为
最大允许电流为:
实验时电源电压值的确定以及电流表、电压表的量程的选择,可由以上两式计算得出和值来决定。
(2安排测量电路时,变阻器电路的选择应考虑到调节方便。
能满足测量范围的要求,实验中采用分压电路,一般变阻器的阻值应小于负载电阻。
(3)使用指针式电表选取电表量程时,既要注意测量值不得超量程以保证仪表安全,又要使读数尽可能大以减小读数的相对误差。
测量前应注意观察记录电表的的机械零点。
根据测量电阻值大小选择内接法或外接法,并进行系统误差的修正。
【实验内容和要求】
1、用电流表内接法测电阻
按图4-5所示电路,先合理摆放好各仪器的位置,然后连接电路.连接的顺序可按图示回路1、2、3或3、2、1的顺序进行。
开关,断开,滑线变阻器的滑动触头打到B端,使待测电路的分压为零。
先测大值待测电阻(教师告知哪个是大值电阻),接到a端,电路选用“内接法”。
适当选择电压表,电流表的量程及电源输出电压。
电路经教师检查无误后方可接通进行试触,试触正常才可正式进行实验。
调节滑线变阻器,使待测电路的电压和电流逐渐增大,当和的值各自接近量程的2/3时,开始记录数据。
改变滑线变阻器6次测出6组、的值,测完后应将滑动触头打到分压为零处,断开。
2、用电流表外接法测电阻
换接小值待测电阻,接到端,电路选用“外接法”。
重新选择电表量程和电源电压。
调节滑线变阻器,测出6组、值(不小于量程的2/3)。
测完后,滑线触头打到分压为零处,断开,关闭电源。
数据送交教师审阅,教师认可后,再拆除电路,归整仪器。
3、测量二极管的伏安特性曲线
按图4-5所示电路,将待测电阻换为非线性电阻元件二极管或白炽小灯泡,选择“内接法”或“外接法”测量非线性电阻元件伏安特性曲线,实验参数自已选定,自拟实验数据记录表格,实验结束,数据送交教师审阅,教师认可后,再拆除电路,归整仪器。
【数据记录与处理】
1、用“内接法”测电阻的数据记录及处理
表一
次序
1
2
3
4
5
6
= 。
。
(说明:
,和取6组中的最大值,电压表、电流表均为0.5级)
。
。
2、用“外接法”测电阻的数据记录及处理
表二
,
。
3、非线性电阻元件伏安特性曲线测量数据记录,表格自拟,画出伏安特性曲线。
【思考题】
1、如何使用直流稳压电源?
2、通常,滑线变阻器在电路中有几种作用?
它们的接法有何不同?
3、电表分哪几个等级?
等级的数值意义是什么?
电表的极限误差怎么计算?
使用电表应注意哪些问题?
4、本实验中,如果教师不告诉你哪个是大值电阻,哪个是小值电阻,也不再另外给你其它仪表,你如何运用电路的特点来分辨它们的大小?
附录4-1
电表常用标识符号的意义
在电表的表盘上用数字或符号标有该表的准确度等级、仪表的类型、使用条件及其他参数,仪表准确度等级的规定和各种符号的意义适用各种电表。
符号
意义
符号
磁电式仪表
交直流电表
电磁式仪表
表面垂直使用
电动式仪表
表面水平使用
直流电表
表面倾斜使用
交流(单相)电表
0.5
准确度等级0.5级
直流电流表
物理实验中常用的直流电流表是磁电式电流表,电流表头指针偏转格数n与流过的电流大小之比称为电流灵敏度,记作。
越大,电流表越灵敏。
电流表可测电流的最大值,也就是表盘上满刻度对应的电流数值,称为电流表的量程,记作。
通过表头的电流实际是经由线圈和游丝流过的,线圈和游丝的电阻就是表头的内阻,记作。
使用电流表时应注意以下事项:
(1)测量前应先微调调零螺丝使电表指针指零。
(2)直流电流表是有极性的测量时电流由正极(+)流入,由负极(-)流出。
(3)测量时要选择适当的量程,最好使指针在2/3量程以上。
(4)高准确度电表表盘上有反光镜,读数时应正对表盘,使指针与镜中像重合。
(5)电流表不能和电源直接连接,否则将会烧坏。
直流电压表
一个电流表串联一个阻值较大的电阻就构成电压表。
电压表的主要参数有电压灵敏度、内阻、量程、准确度等,其中量程和准确度等级的含义与电流表相似。
电压灵敏度
。
使用注意事项见电流表使用注意事项。
数字电压表
数字电压表是一种有源电压表。
直流电压经过A/D模数转换电路变成数字量,在经过译码电路将数字信号显示在数码管或液晶显示屏上。
常用数字电压表表头有3位(三位半)、4位(四位半)、5位。
等。
3位表头如下图所示。
右边三位可显示0—9共10个不同的数字,左边第一位只能显示0或1,就是所谓的“”位。
图4-63位数字表表头
由于集成电路的应用,电子放大电路的输入阻抗可以很大,达到以上,所以数字电压表的内阻可以视为无穷大。
附录4-2滑动变阻器及其限流、分压接法