DH6101型电阻元件VA特性试验仪.docx
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DH6101型电阻元件VA特性试验仪
电学元件伏安特性的测量
内容1线性电阻器伏安特性测量及测试电路设计
1、实验目的
按被测电阻大小、电压表和电流表内阻大小,掌握线性电阻元件伏安特性测量的基本方法。
2、伏安特性
在电阻器两端施加一直流电压,在电阻器内就有电流通过。
根据欧姆定律,
上式中R—电阻器在两端电压为U,通过的电流为I时的电阻值,单位Q;U—电阻器两端电压,单位V;
I—电阻器内通过的电流,单位A。
欧姆定律公式1-1表述成下式:
R
以U为自变量,I为函数,作出电压电流关系曲线,称为该元件的伏安特性曲线。
对于线绕电阻、金属膜电阻等电阻器,其电阻值比较稳定不变,其伏安特性曲线是一条通过原点的直线,即电阻器内通过的电流与两端施加的电压成正比,这种电阻器也称为线性电阻器。
3、线性电阻的伏安特性测量电路的设计
当电流表内阻为0,电压表内阻无穷大时,下述两种测试电路都不会带来附加测量误差
图1—2电流表外接测量电路图1—3电流表内接测量电路
被测电阻R=U。
I
实际的电流表具有一定的内阻,记为Ri;电压表也具有一定的内阻,记为Ru因为Ri和Ru的存在,如果简单地用R=U公式计算电阻器电阻值,必然带
I
来附加测量误差。
为了减少这种附加误差,测量电路可以粗略地按下述办法选择:
A.当Ru>>R,Ri和R相差不大时,宜选用电流表外接电路,此时R为估计值;
B.当R>>Ri,Ru和R相差不大时,宜选用电流表内接电路,
C.当R>>Ri,Ru>>R时,必须先用电流表内接和外接电路作测试而定。
方法如下:
先按电流表外接电路接好测试电路,调节直流稳压电源电压,使数字表显示较大的数字,保持电源电压不变,记下两表值为Ui,Ii;将电路
改成电流表内接式测量电路,记下两表值为U2,12。
将Ui,U2和Ii,I2比较,如果电压值变化不大,而I2较Ii有显著的减少,说明R是高值电阻。
此时选择电流表内接式测试电路为好;反之电流值变化不大,而U2较Ui有显著的减少,说明R为低值电阻,此时选择电流表外接测试电路为好。
当电压值和电流值均变化不大,此时两种测试电路均可选择(思考:
什么情况下会出现如此情况?
)
如果要得到测量准确值,就必须按下i—2,i—3两式,予以修正。
即电流表内接测量时,R=U-R1i—2
I
电流表外接测量时,丄=-—i—3
RURu
上两式中:
R—被测电阻阻值,Q;
U—电压表读数值,V;
I—电流表读数值,A;
Ri—电流表内阻值,Q;
Ru—电压表内阻值,Q。
4、实验设计及实验
1)被测电阻器:
选择1KQ电阻器,误差W±0.5%
2)线路设计:
见图1—4
图1—4实验电路接线图
3)实验内容
A.电流表外接测试
B.电流表内接测试
C.测试电路优选方法验证
D.按1—2式,1—3式修正计算结果
4)实验记录见表1—1
表1—11KQ电阻器伏安曲线测试数据表
电流表内接测试
电流表外接测试
U(V)
I(a)
R直算值(Q)
R修正值(Q)
U(V)
I(A)
R直算值(Q)
R修正值(Q)
5、就下述提示写出实验总结
1)电阻器伏安特性概述
2)电流表内接外接两种测试方法,根据R=1KQ,Ru=1MQ,Ri=10Q和测试误差,讨论两种测试方式优劣。
内容2二极管伏安特性曲线的研究
1、实验目的
通过对二极管伏安特性的测试,掌握锗二极管和硅二极管的非线性特点,从而为以后正确设计使用这些器件打下技术基础
2、伏安特性描述
对二极管施加正向偏置电压时,则二极管中就有正向电流通过(多数载流子导电),随着正向偏置电压的增加,开始时,电流随电压变化很缓慢,而当正向偏置电压增至接近二极管导通电压时(锗管为0.2V左右,硅管为0.7V左右),电流急剧增加,二极管导通后,电压的少许变化,电流的变化都很大。
对上述二种器件施加反向偏置电压时,二极管处于截止状态,其反向电压增加至该二极管的击穿电压时,电流猛增,二极管被击穿,在二极管使用中应竭力避免出现击穿观察,这很容易造成二极管的永久性损坏。
所以在做二极管反向特性时,应串入限流电阻,以防因反向电流过大而损坏二极管。
3、实验设计
1)反向特性测试电路
二极管的反向电阻值很大,采用电流表内接测试电路可以减少测量误差测试电路如下图,变阻器设置700Q
图2-3二极管反向特性测试电路
2)正向特性测试电路
二极管在正向导道时,呈现的电阻值较小,拟采用电流表外接测试电路。
电源电压在0〜10V内调节,变阻器开始设置700门,调节电源电压,以得到所需电流值。
200mA
2V©
+0
0-1OV
一0
图2-4二极管正向特性测试电路
4、数据记录格式见表2—1,2—2
U(V)
I(U九)
电阻计算值(K0)
表2—1
反向伏安曲线测试数据表
正向伏安曲线测试数据1(mA)
U(V)
电阻直算值(血)
电阻修正值(0)
表2—2
正向伏安曲线测试数据表
注:
1)、电阻修正值按电流表外接修正公式1-3式计算所得。
2)、实验时二极管正向电流不得超过20mA。
5、就下述提示可实验讨论
1)、二极管反向电阻和正向电阻差异如此大,其物理原理是什么?
2)、在制定表2-2时,考虑到二极管正向特性严重非线性,电阻值变化范围很大,在表2-2中加一项“电阻修正值”栏,与电阻直算值比较,讨论其误差产生过程。
内容3稳压二极管反向伏安特性实验
1、实验目的
通过稳压二极管反向伏安特性非线性的强烈反差,进一步熟悉掌握电子元件伏安特性的测试技巧;通过本实验,掌握二端式稳压二极管的使用方法。
2、稳压二极管伏安特性描述
2CW56属硅半导体稳压二极管,其正向伏安特性类似于1N4007型二极管,其反向特性变化甚大。
当2CW56二端电压反向偏置,其电阻值很大,反向电流极小,据手册资料称其值w0.52一。
随着反向偏置电压的进一步增加,大约到7-8.8V时,出现了反向击穿(有意掺杂而成),产生雪崩效应,其电流迅速增加,电压稍许变化,将引起电流巨大变化。
只要在线路中,对雪崩”产生的电流进行有效的限流措施,其电流有小许一些变化,二极管二端电压仍然是稳
图中,E—供电电源,如果二极管
图3-1稳压二极管应用电路
定的(变化很小)。
这就是稳压二极管的使用基础,其应用电路见图3-1稳压值为7〜8.8V,则要求E为10V左右;R—限流电阻,2CW56,工作电流选择8mA,考虑负载电流2mA,通过R的电流为10mA,计算R值:
R=3=3=200门
I0.01
C—电解电容,对稳压二极管产生的噪声进行平滑滤波。
Uz—稳压输出电压。
3、实验设计
1)、2CW56反向偏置0〜7V左右时阻抗很大,拟采用电流表内接测试电路为宜;反向偏置电压进入击穿段,稳压二极管内阻较小(估计为R=—「=1KiT,0.008
这时拟采用电流表外接测试电路。
结合图3-1,测试电路图见图3-2。
2)实验过程:
电源电压调至零,按图3-2接线,开始按电流表内接法,将电压表+端接于电流表+端;变阻器旋到1100"后,慢慢地增加电源电压,记下电压表对应数据。
当观察到电流开始增加,并有迅速加快表现时,说明2CW56已开始进入
反向击穿过程,这时将电流表改为外接式,(电压表“+”端由接电流表“+”
端该接电流表“一”端)慢慢地将电源电压增加至10V。
为了继续增加2CW56工作电流,可以逐步地减少变阻器电阻,为了得到整数电流值,可以辅助微调电源电压。
图3-2稳压二极管反向伏安特性测试电路
4、实验记录
表3-12CW56硅稳压二极管反向伏安特性测试数据表
电流表接法
数据
内接式
U(V)
I(呗)
外接式
I(mA)
U(V)
将上述数据在坐标纸上画出2CW56伏安曲线,参考图见3-3。
有条件时,在老师指导下,利用计算机作图。
1/mA
5、思考题
1)在测试稳压二极管反向伏安特性时,为什么会分二段分别采用电流表内接电路和外接电路?
2)稳压二极管的限流电阻值如何确定?
(提示:
根据要求的稳压二极管动态内阻确定工作电流,由工作电流再计算限流电阻大小)
3)选择工作电流为8mA,供电电压10V时,限流电阻大小是多少?
供电电压为12V时,限流电阻又多大?
内容4钨丝灯伏安特性的测试试验
1、实验目的
通过本实验了解钨丝灯电阻随施加电压增加而增加,并了解钨丝灯的使用'
2、钨丝灯特性描述
实验仪用灯泡中钨丝和家用白炽灯泡中钨丝同属一种材料,但丝的粗细和长短不同,就做成了不同规格的灯泡。
本实验仪用钨丝灯泡规格为12V0.1A。
只要控制好两端电压,使用就是安全的,金属钨的电阻温度系数为48Xl0-4/C,系正温度系数,当灯泡两端施加电压后,钨丝上就有电流流过,产生功耗,灯丝温度上升,致使灯泡电阻增加。
灯泡不加电时电阻称为冷态电阻。
施加额定电压时测得的电阻称为热态电阻。
由于正温度系数的关系,冷态电阻小于热态电阻。
在一定的电流范围内,电压和电流的关系为:
U=K|n4-1
式中U—灯泡二端电压,V
I—灯泡流过的电流,A
K—与灯泡有关的常数
N—与灯泡有关的常数
为了求得常数K和n,可以通过二次测量所得
Ui=KIin
将4—2除以4—3式可得
n=
igr
I2
将4—4式代入4—2式可以得到:
K=UiIi
3、实验设计
灯泡电阻在端电压i2V范围内,大约为几欧到一百多欧姆,电压表在20V档内阻为3MQ,远大于灯泡电阻,而电流表在200mA档时内阻为i001,和灯泡电阻相比,小的不多,宜采用电流表外接法测量,电路图见4—i。
变阻器置i00i」,按表4—i规定的过程,逐步增加电源电压,记下相应的电流表数据。
4、实验记录
钨丝灯泡伏安特性测试数据表
灯泡电压V(V)
灯泡电流A(mA)
灯泡电阻计算值(。
)
由实验数据在坐标纸上画出钨丝灯泡的伏安特性曲线,并将电阻直算值也
标注在坐标图上。
选择二对数据(如Ui=2V,U2=8V,及相应的11、12),按4—4和4—5式计算出K、n两系数值。
由此写出4—1式,并进行多点验证。
5、思考题:
1)试从钨丝灯泡的伏安特性曲线解释为什么在开灯的时候容易烧坏?
2)在电子振荡器电路中,经常利用正温度系数的灯泡,作为振荡器电压稳定的自动调节元件,参考电路图4-2,试从钨丝灯伏安特性说明该振荡器稳幅原理
图4—2钨丝灯稳幅的1KHz振荡电路