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实验报告2 伏安特性曲线的测量
- 实验目的
- 掌握数字万用表等常用仪器的使用;
- 学习实验操作的基本方法;
- 学习伏安特性曲线的测量方法;
- 实验仪器与设备
实验使用的设备:
实验元器件
直流电流表
数字万用表
直流稳压电源
仿真元件：稳压电源,电阻,滑动变阻器,二极管,电流表,电压表
- 实验仿真
(1)
|
I(mA) |
5.0 |
10.0 |
20.0 |
30.0 |
40.0 |
50.0 |
|
U(V) |
0.25 |
0.50 |
1.00 |
1.50 |
2.00 |
2.50 |
(2)
|
I(mA) |
0 |
0.25 |
0.50 |
0.75 |
1.0 |
3.0 |
5.0 |
10.0 |
15.0 |
|
U(V) |
0.290u |
0.471 |
0.504 |
0.521 |
0.536 |
0.592 |
0.619 |
0.655 |
0.674 |
(3)
|
I(mA) |
0.042u |
0.111u |
0.136u |
0.395u |
0.888u |
1.776u |
|
U(V) |
0.1 |
0.5 |
1 |
2 |
5 |
10 |
- 实验原理
1.伏安特性曲线的测定
所谓伏安特性曲线是指某一元件端口的u-i变化规律外特性)曲线。
在测量某一端口的伏安特性时，通常采用调节外接可调电阻的方法以得到不同的电压、电流值，在坐标平面上加以描述，最终得到该端口的伏安特性曲线。常用的测量方法有伏安测量法和示波测量法
伏安测量法即用电压表、电流表测定端口伏安特性的测量方法。
2.线性电阻元件:元件伏安特性曲浅为直线,加在电阻两端
的电压与通过官的电流成正比,如图一
非线性电阻元件,元件伏安特性曲线呈曲线,加在电阻两端
的电压与通过它的电流的比值很个定值如图二.
3.晶体二极管是典型的非线性元件,它的正反方向电阻差异很大。当二极管加正向电压时,在0A段,外加电压不足以克服P-N结内电场对多数载流子的扩散所造成的阻力正向电流较小,电阻较大,在AB段,外加电居超过闸值电压,内电场大大削弱,二极管电阻变得极小,呈导通状态。若二极管加上反向电压,电压较小时,反向电流小;在OC段,处于高电阻阻状态,当电压继续增加到击穿电压时,电流剧增;CD段,二极管被击穿,此时电阻趋于零值。
- 实验内容
(1)实验一 电阻的伏安特性曲线实验
1.检查元件的好坏
对于线路,可以看是否导通来检查好坏;对于电阻和二极管,可以用数字万用表来大致判断它的好坏。
2.连接电路
下图为为电阻的伏安特性曲线实验电路图，按图所示电路在相应的条件下, 完成线路的连接。
3.测量
测量时，先开路测量R1的实际电阻，再调节电源电压或电位器R2，记录各种电流值I及相应的电压值V。
4.绘图
根据测量值，以电压V为横坐标，以电流1为纵坐标，即可得到伏安特性曲线。
|
I(mA) |
5.0 |
10.0 |
20.0 |
30.0 |
40.0 |
50.0 |
|
V(V) |
0.253 |
0.503 |
0.996 |
1.507 |
2.01 |
2.50 |
- 实验二 二极管的正向伏安特性曲线实验
1.检查元件的好坏
对于线路,可以看是否导通来检查好坏;对于电阻和二极管,可以用数字万用表来大致判断它的好坏。
- 连接电路
下图为为二极管的正向伏安特性曲线实验电路图，按图所示电路在相应的条件下, 完成线路的连接。
3.测量
测量时，先开路测量二极管正向的实际电阻，再调节电源电压或电位器R2，记录各种电流值I及相应的电压值V。
4.绘图
根据测量值，以电压V为横坐标，以电流I为纵坐标，即可得到伏安特性曲线。
|
I(mA) |
0 |
0.25 |
0.50 |
0.75 |
1.0 |
3.0 |
5.0 |
10.0 |
15.0 |
|
V(V) |
0.006 |
0.535 |
0.567 |
0.586 |
0.600 |
0.653 |
0.676 |
0.705 |
0.723 |
(3)实验三
1.连接电路
下图为为二极管的反向伏安特性曲线实验电路图，在实验二的基础上,把二极管反接.
3.测量
测量时，先开路测量二极管反向的实际电阻，再调节电源电压或电位器R2，记录各种电流值I及相应的电压值V。
4.绘图
根据测量值，以电压V为横坐标，以电流I为纵坐标，即可得到伏安特性曲线。
|
I(μA) |
0.01 |
0.05 |
0.09 |
0.20 |
0.49 |
0.99 |
|
V(V) |
0.1 |
0.5 |
1 |
2 |
5 |
10 |
- 数据处理
- 根据所测数据，绘制电阻R1的伏安特性曲线，并由欧姆定律可得R1=50.82欧姆..
- 根据所测数据，绘制二极管1n4001的伏安特性曲线,并由曲线估算二极管的开启电压大约为0.6V。
- 实验思考
- 实验中不可以将R1换为1/4W 5KQ电阻,电阻过大,在电阻最小的情况,总电阻都是3.33k欧姆,这种情况下,会导致电流过小,实验误差比较大,无法精确测量电阻R1.
- 实验中不可以将R1换为1/6W 50Q电阻,在这种情况下,电路1/6的电阻最大电流是3.3mA,电流限过小,误差较大.
- 1N4001最大反向电压是50V,而1N4007最大反向耐压是1000V,它们最大正向电流都是1A,由于本电路是低压,低电流的电路,所以可以将二极管1N4001换为1N4007.
- 实验总结
1.通过本实验我穿握了伏安法测电阻的方法,并根据电阻阻值分析选择合适量程,懂得绘制曲线图,怎么完成一个实验。
2.通过本实验我深入了解了二极管的伏安特性曲线,了解了其阻值的变化情况,
3.了解别实验中细心的重要性,细心才能较好读数,顺利完成实验.
4.误差分析
仪器误差：测量仪器本身具有精度和误差范围。例如，万用表的精度限制了电压和电流测量的准确性。
连接线路阻抗：连接线路和插头等元件会引入额外的电阻、电感和电容，影响电压和电流的真实值。
温度效应：部分元器件的电阻、二极管的开启电压等参数会随着温度的变化而发生变化，这可能导致实验结果的误差。
载流子浓度：在半导体二极管中，载流子浓度会影响开启电压，而这个参数可能会因为样品不均匀或制造工艺而有所不同。
人为误差：包括读数误差、操作技术误差等。
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