1、1. 掌握电学元件伏安特性测量的基本方法。掌握电学元件伏安特性测量的基本方法。2. 学会分析伏安法测量的电表接入误差，学会分析伏安法测量的电表接入误差， 正确选择测量电路。正确选择测量电路。3. 学会正确使用电学测量仪器学会正确使用电学测量仪器 电学元件的伏安特性是指该元件两端电压与通过电学元件的伏安特性是指该元件两端电压与通过它的电流之间的关系特性。它的电流之间的关系特性。 这种关系既可以用它的这种关系既可以用它的 曲线表示，也可曲线表示，也可以用该元件在某种条件下具有多大的电阻来表示。以用该元件在某种条件下具有多大的电阻来表示。UI 在一定温度下，在待测电阻在一定温度下，在待测电阻 两端加
2、上直流电两端加上直流电压，即会有直流电流通过。用电压表和电流表测量出压，即会有直流电流通过。用电压表和电流表测量出电压电压 和电流和电流 的数值则可由欧姆定律计算出其电的数值则可由欧姆定律计算出其电阻值阻值IURxUIxR一、基本原理一、基本原理(8-1)实验原理 这种测量电阻的方法称为伏安法。用伏安法测电阻时，这种测量电阻的方法称为伏安法。用伏安法测电阻时，通常要测多组数据，若通常要测多组数据，若 为常量则被测元件是线性电为常量则被测元件是线性电阻；若阻；若 不是常量，则被测元件呈非线性电阻特性。不是常量，则被测元件呈非线性电阻特性。二、测量方法及其系统误差二、测量方法及其系统误差 由于电压
3、表和电流表都存在内电阻所以在实际测由于电压表和电流表都存在内电阻所以在实际测量中所得的电压量中所得的电压 或电流或电流 就与被测元件两端的电压就与被测元件两端的电压或与通过它的电流的真实值不同，由式或与通过它的电流的真实值不同，由式(8-1)计算出的计算出的 也就与也就与 的真实值不一致，即存在系统误差。下面对的真实值不一致，即存在系统误差。下面对两种测量方法及其系统误差进行分析。两种测量方法及其系统误差进行分析。UIIU /IU /测RxR1. 电流表内接法电流表内接法 如图如图8-1(a)，电流表与被测电阻串联在电压表所范，电流表与被测电阻串联在电压表所范围内，此种测量方法称为电流表内接法
4、，简称内接法。围内，此种测量方法称为电流表内接法，简称内接法。VVAAxRxRVRVRARAR图图8-1(a) (a) 电流表内接法电流表内接法(b) (b) 电流表外接法电流表外接法 在内接法中，电压表读数为在内接法中，电压表读数为 和和 上的电上的电压之和，即压之和，即ARxR若用若用)(AxRRIUAxRIURIUR测则则计算电阻值，则计算电阻值，则测RxR其测量的相对误差为其测量的相对误差为xAxxxxRRRRRRR测(8-2) 由式由式(8-2)可见，只有当可见，只有当 时，近时，近似用似用 ，才能使测量误差较小。，才能使测量误差较小。AxRRxRR测 2. 电流表外接法电流表外接法
5、 如图如图8-1(b)，电压表与被测电阻并联，电流表在电，电压表与被测电阻并联，电流表在电压表所测范围外，此种测量方法称为电流表外接法，简压表所测范围外，此种测量方法称为电流表外接法，简称外接法。称外接法。 在外接法中，电压表读数为在外接法中，电压表读数为 两端的内电两端的内电压，但压，但电流表读数为流经电流表读数为流经 和和 的电流之的电流之和，即和，即xRxRVRVxVxRURUIIIVxVxRRRRIUR测若用若用计算电阻值，则计算电阻值，则其测量的相对误差为其测量的相对误差为测RxRVxVxxxxRRRRRRRR1测(8-3) 由式由式(8-3)可见，只有当可见，只有当 时，近时，近似
6、用似用 ，才能使测量误差较小。，才能使测量误差较小。xRR测xVRR 因此，要较准确地测量电阻的值，应首先知因此，要较准确地测量电阻的值，应首先知道道 、 、 的大概值，从而选择合适的测量电的大概值，从而选择合适的测量电路，以减小测量的系统误差。路，以减小测量的系统误差。xRVRAR3.二极管的结构及其基本特性二极管的结构及其基本特性 二极管由半导体材料组成。当一块二极管由半导体材料组成。当一块P型半导体和型型半导体和型主主要要步步骤骤.1半导体半导体 ，紧密接触时，由于多数载流子的扩散，在接紧密接触时，由于多数载流子的扩散，在接触界面处形成了一个空间电荷区，常称为触界面处形成了一个空间电荷区
7、，常称为PN结，如图结，如图 8-2(a)所示所示(实际上是在同一块半导体上用掺杂的方法形实际上是在同一块半导体上用掺杂的方法形成成P型半导体和型半导体和N型半导体型半导体)。将将PN结封装在玻璃管中结封装在玻璃管中并并在在P区和区和N区各引一根电极区各引一根电极，就成了一个二极管，如图，就成了一个二极管，如图8-2(b)。 图图8-2 P区区N区区PN结结(a)(b) 当二极管的当二极管的P端接高电位、端接高电位、N端接低电位时，称为正向连端接低电位时，称为正向连接；接；当二极管的当二极管的P端接低电位、端接低电位、N端接高电位时，称为反向连端接高电位时，称为反向连接。二极管正向连接时，外加
8、电场的方向与接。二极管正向连接时，外加电场的方向与PN结的内电场方结的内电场方向相反，当外加电场大于内电场时，二极管中有较大的正向向相反，当外加电场大于内电场时，二极管中有较大的正向电流通过。二极管反向连接时，外加电场的方向与电流通过。二极管反向连接时，外加电场的方向与PN结的内结的内电场方向相同，二极管中没有电流通过电场方向相同，二极管中没有电流通过(实际上有很小的反向实际上有很小的反向饱和电流饱和电流)，这就是二极管的，这就是二极管的“正向导通，反向截止正向导通，反向截止”。 将二极管正向连接，在电压很小时，电流很小，甚至将二极管正向连接，在电压很小时，电流很小，甚至是几乎没有，这是因为是
9、几乎没有，这是因为PN结的内电场有一定的值，它起结的内电场有一定的值，它起着反抗外电场的作用。虽然随着电压的增加电流也增加，着反抗外电场的作用。虽然随着电压的增加电流也增加，但它们之间不成线性关系，即二极管的正向电阻不是一个但它们之间不成线性关系，即二极管的正向电阻不是一个常量，而是随正向电压的大小在较大范围变化；只有当电常量，而是随正向电压的大小在较大范围变化；只有当电压达到某一值以后，才表现为电流和电压近似为线性关系压达到某一值以后，才表现为电流和电压近似为线性关系。图。图8-3为二极管的正向伏安特性曲线。为二极管的正向伏安特性曲线。0UI 同样地，要较准确地测量同样地，要较准确地测量二极
10、管的正向伏安特性曲线，二极管的正向伏安特性曲线，也要选择合适的测量电路，以也要选择合适的测量电路，以减小测量的系统误差。减小测量的系统误差。 图图8-3 电源电源E、开关、开关K、滑线变阻器、滑线变阻器 、电流表、电流表mA 、电压表电压表V 、待测线性电阻待测线性电阻 、 、待测二极管。、待测二极管。0R2xR1xR 1. 2. 实验步骤：实验步骤： (1) 按图接线。注意各仪器及元件的正确连接线路，将滑线按图接线。注意各仪器及元件的正确连接线路，将滑线变阻器变阻器 、电流表、电压表调在合适档位，经指导教师检查后开始、电流表、电压表调在合适档位，经指导教师检查后开始实验。实验。 (2) 表表
11、8-1-8-4表表8-51xR1xR2xR2xRVAxR0REKVAxR0REK 图8-4(a) 图8-4(b) VA0REK 图图8-4(c) *注意事项注意事项 1. 测测电阻时要合理计划测量点，即电阻时要合理计划测量点，即8次测量中电压次测量中电压(或电流或电流)间间隔大致均等且尽可能地在最大电压隔大致均等且尽可能地在最大电压(或电流或电流)范围内均等划分；范围内均等划分； 2. 为了能使电阻值的计算快捷，测量过程中可先调整电流为为了能使电阻值的计算快捷，测量过程中可先调整电流为整数；整数； 3. 测量二极管时必须从低电压开始，电压间隔为测量二极管时必须从低电压开始，电压间隔为0.1V。
12、测量次数n12 8 (V) (mA)(/1IURIU 的外接法测量数据R测量次数n12 8 (V) (mA)(/1IURIU 的内接法测量数据R外1R内1R测量次数n12 10 (V) (mA)(/IURIU二极管正向连接的测量数据 在预习报告的基础上完成以下内容： 1. 将原始记录数据整理并填写在实验报告纸上； 2. 对测量结果进行修正： 修正后的值为xR外接法：外接法： xVxVxRRRRRAxxRRRVR内接法：内接法： 、 的值见实验指导纸板。的值见实验指导纸板。AR 3. 以以 (V) 为横坐标、为横坐标、 (mA) 为纵坐标，在坐标纸上描为纵坐标，在坐标纸上描绘二极管的正向伏安特性曲线。绘二极管的正向伏安特性曲线。UI 4. 认真总结本次实验，写出有一定水平的实验效果分析。认真总结本次实验，写出有一定水平的实验效果分析。 1. 如何测出电压表和电流表的内阻如何测出电压表和电流表的内阻 和和 ？ 2. 测量之前如何选定电表的量程？为什么量程不能太大或太小？测量之前如何选定电表的量程？为什么量程不能太大或太小？ARVR
