第1篇　電工技術（1）（天煌教儀）

實驗1　電子元器件伏安特性的測繪

1.實驗目的

（1）學會識別常用電子元器件的方法。

（2）掌握線性電阻、非線性電阻伏安特性的測繪。

（3）掌握實驗臺上直流電工儀表和設備的使用方法。

2.原理說明

任何一個二端元器件的特性都可用該元器件上的端電壓U與通過該元器件的電流I之間的函數關系I=f（U）來表示，即用I-U平面上的一條曲線來表征。這條曲線被稱為該元器件的伏安特性曲線。

（1）線性電阻的伏安特性曲線是一條通過坐標原點的直線，如圖1-1所示中的a。該直線的斜率只由線性電阻的阻值決定，阻值為常數，與線性電阻兩端的電壓U和通過的電流I無關。

（2）在工作時，白熾燈的燈絲處于高溫狀態。當增大電壓時，因燈絲的阻值隨溫度的升高而增大，所以通過燈絲的電流也增大。在一般情況下，燈絲的“冷電阻”與“熱電阻”的阻值可相差幾倍至十幾倍，伏安特性如圖1-1所示中的b。

（3）二極管是一個非線性電阻元器件，伏安特性如圖1-1所示中的c。正向壓降很小（一般，鍺管為0.2～0.3V，硅管為0.5～0.7V），正向電流隨正向壓降的升高急劇上升；反向壓降從零增加到幾十伏時，反向電流增加很小，可粗略視為零。可見，二極管具有單向導電特性，當反向電壓超過極限值時，可被擊穿損壞。

（4）穩壓二極管是一種特殊的二極管。其正向特性與普通二極管類似，反向特性較特別，如圖1-1所示中的d，在反向電壓開始增加時，反向電流幾乎為零，當反向電壓增加到某一數值（被稱為穩壓值，有各種不同穩壓值的穩壓二極管）時，反向電流突然增加，之后，穩壓二極管的端電壓將基本維持恒定，當外加反向電壓繼續升高時，端電壓僅有少量增加。

注意：流過二極管和穩壓二極管的電流不能超過極限值，否則會被燒壞。

3.實驗設備與元器件

（1）雙路可調直流穩壓電源（0～30V可調）。

（2）直流數字電壓表（0～200V）。

（3）直流數字毫安表（0～2000mA）。

（4）萬用表（指針式或數字式）。

（5）二極管（IN4007）。

（6）穩壓二極管（2CW51）。

（7）白熾燈（12V，0.1A）。

（8）線性電阻（阻值由實驗內容而定）。

4.實驗內容

（1）測繪線性電阻的伏安特性

按如圖1-2所示接線，調節穩壓電源的輸出電壓U，從0V開始緩慢增加，一直到10V，記下電壓表和毫安表的讀數UR、IR，填寫在表1-1中。

（2）測繪白熾燈的伏安特性

將如圖1-2所示中的R換成12V、0.1A的白熾燈，重復步驟（1）。UL為白熾燈的端電壓，將相應的數據填寫在表1-2中。

（3）測繪二極管的伏安特性

按如圖1-3所示接線，R為限流電阻，在測量二極管VD的正向特性時，正向電流不得超過35mA，正向電壓UVD+的取值為0～0.75V，應多取幾個測量點，將測量數據填寫在表1-3中；在測量反向特性時，只需將如圖1-3所示中的二極管VD反接，反向電壓UVD-可達-30V，將測量數據填寫在表1-4中。

（4）測繪穩壓二極管的伏安特性

①正向特性：將如圖1-3所示中的二極管換成穩壓二極管2CW51，重復實驗內容（3）中的正向特性測量。UVDZ+為2CW51的正向電壓，相應的測量數據填寫在表1-5中。

②反向特性：將如圖1-3所示中的R換成510Ω的電阻，2CW51反接，測量2CW51的反向特性，穩壓電源的輸出電壓Uo為0～20V，UVDZ-為2CW51的反向電壓，將相應的測量數據填寫在表1-6中。

5.實驗注意事項

（1）測量二極管的正向特性時，穩壓電源的輸出電壓應由小至大逐漸增加，應時刻注意毫安表的讀數不得超過35mA。

（2）進行不同的實驗時，應先估算電壓和電流值，合理選擇儀表的量程，勿使儀表超量程，儀表的極性不可接錯。

6.思考題

（1）線性電阻和非線性電阻的概念是什么？電阻與二極管的伏安特性有何區別？

（2）設某元器件伏安特性曲線的函數式為I=f（U），試問在逐點繪制曲線時，其坐標變量應如何設置？

（3）穩壓二極管與普通二極管有何區別？用途如何？

（4）在圖1-3中，設U=2V，UVD+=0.7V，則毫安表的讀數為多少？

7.實驗報告

（1）根據測量數據分別在方格紙上繪制出光滑的伏安特性曲線。其中，二極管和穩壓二極管的正、反向特性均要求畫在同一張圖上，正、反向電壓可取不同的比例尺。

（2）根據測量結果，總結、歸納被測元器件的特性。

（3）在報告中要進行測量數據的處理和誤差原因的分析。