实验一 电路元件伏安特性的测量
一、实验目的
1．学习测量电阻元件伏安特性的方法；
2．掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法； 3．掌握直流稳压电源和直流电压表、直流电流表的使用方法。
二、实验原理
在任何时刻，线性电阻元件两端的电压与电流的关系，符合欧姆定律。任何一个二端电阻元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系式I＝f(U)来表示，即用I－U平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为电阻元件的伏安特性曲线。根据伏安特性的不同，电阻元件分为两大类：线性电阻和非线性电阻。线性电阻元件的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-1（a）所示。该直线的斜率只由电阻元件的电阻值R决定，其阻值R为常数，与元件两端的电压U和通过该元件的电流I无关；非线性电阻元件的伏安特性曲线不是一条经过坐标原点的直线，其阻值R不是常数，即在不同的电压作用下，电阻值是不同的。常见的非线性电阻如白炽灯丝、普通二极管、稳压二极管等，它们的伏安特性曲线如图1-1（b）、（c）、（d）所示。在图1-1中，U ＞0的部分为正向特性，U＜0的部分为反向特性。
(a)线性电阻 (b)白炽灯丝
绘制伏安特性曲线通常采用逐点测试法，电阻元件在不同的端电压U作用下，测量出相应的电流I，然后逐点绘制出伏安特性曲线I＝f(U)，根据伏安特性曲线便可计算出电阻元件的阻值。
三、实验设备与器件
1.直流稳压电源 1 台 2.直流电压表 1 块 3.直流电流表 1 块 4.万用表 1 块 5.白炽灯泡 1 只 6. 二极管 1 只 7.稳压二极管 1 只 8.电阻元件 2 只
四、实验内容
1．测定线性电阻的伏安特性 按图1-2接线。调节直流稳压电源的输出电压U，从0伏开始缓慢地增加（不得超过10V），在表1-1中记下相应的电压表和电流表的读数。
2
将图1-2中的1kΩ线性电阻R换成一只12V，0.1A的灯泡，重复1的步骤，
在表1-2中记下相应的电压表和电流表的读数。
3
按图1-3接线，R为限流电阻，取200Ω，二极管的型号为1N4007。测二极
管的正向特性时，其正向电流不得超过35mA，二极管D的正向压降UD+可在0～0.75V之间取值。特别是在0.5～0.75之间更应取几个测量点。测反向特性时，将直流稳压电源的输出端正、负连线互换，调节直流稳压输出电压U，从0伏开始缓慢地增加，其反向施压UD－可达－30V，数据分别记入表1-3和表1-4。
表1-3 测定二极管的正向特性
4．测定稳压二极 （1）正向特性实验
将图1-3中的二极管1N4007换成稳压二极管2CW51，重复实验内容3中的正向测量。UZ+为2CW51的正向施压，数据记入表1-5。
（2）反向特性实验
将图1-3中的稳压二极管2CW51反接，测量2CW51的反向特性。稳压电源的输出电压U从0～20V缓慢地增加，测量2CW51二端的反向施压UZ－及电流I，由UZ－可看出其稳压特性。数据记入表1-6。
五、实验预习
1. 实验注意事项
(1)测量时，可调直流稳压电源的输出电压由0缓慢逐渐增加，应时刻注意电压表和电流表，不能超过规定值。
(2)直流稳压电源输出端切勿碰线短路。
(3)测量中，随时注意电流表读数，及时更换电流表量程，勿使仪表超量程，注意仪表的正负极性。
2. 预习思考题
(1)线性电阻与非线性电阻的伏安特性有何区别？它们的电阻值与通过的电流有无关系？
答：线性电阻元件的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，电压与电流的关系，符合欧姆定律。线性电阻元件的阻值R为常数，与元件两端的电压U和通过该元件的电流I无关。
非线性电阻元件的伏安特性曲线不是一条经过坐标原点的直线，其阻值R不是常数，即在不同的电压作用下，电阻值是不同的。
(2)请举例说明哪些元件是线性电阻，哪些元件是非线性电阻，它们的伏安特性曲线是什么形状？
答：电阻器是线性电阻，其伏安特性曲线的形状见图1-1（a）所示。
白炽灯丝、普通二极管、稳压二极管等是非线性电阻，它们的伏安特性曲线如图1-1（b）、（c）、（d）所示。
(3)设某电阻元件的伏安特性函数式为I＝f（U），如何用逐点测试法绘制出伏安特性曲线。
答：在平面内绘制xOy直角坐标系，以x轴为电压U，y轴为电流I，计算出电流I和电压U的数据，根据数据类型，合理地绘制伏安特性曲线。
六、实验报告
1．根据实验数据，分别在方格纸上绘制出各个电阻的伏安特性曲线（其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）。
2．根据线性电阻的伏安特性曲线，计算其电阻值，并与实际电阻值比较。 3. 必要的误差分析。 4. 实验总结及体会。
在电阻R2发生断路前，设R3两端的电压为U3，则R1与R2并联两端的电压为U1=U-U3；电路中电流为I=
| U3 |
| R3 |
| U3 |
| R3 |
当电阻R2发生了断路，电阻R3两端电压将减少二分之一，即电压为U3′=
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
| U3 |
| 2R3 |
| 1 |
| 2 |
| U3 |
| 2R3 |
由于电阻R2发生断路前电阻R1和R2的总功率与电阻R2发生思路后电阻R1的功率相等，则：
（U-U3）×
| U3 |
| R3 |
| 1 |
| 2 |
| U3 |
| 2R3 |
解之得：U3=
| 2 |
| 3 |
所以，当电阻R2发生了断路后，电阻R1与电阻R3串联，电阻R3两端电压将减少二分之一，即电压为U3′=
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 3 |
| 1 |
| 2 |
| 2 |
| 3 |
则，R1：R3=U1′：U3′=
| 2 |
| 3 |
| 1 |
| 3 |
在电阻R2发生断路前，则有：
| U1 |
| R1 |
| U1 |
| R2 |
| U3 |
| R3 |
即：
| U?U3 |
| R1 |
| U?U3 |
| R2 |
| U3 |
| R3 |
将①②代入③解得：R1：R2=3：1
所以，R1：R2：R3比值为6：2：3．
根据电阻R3两端电压将减少二分之一，由功率公式P=
| U2 |
| R |
故答案为：6：2：3，变小．
