線性電阻和非線性電阻的伏安特性曲線

1、線性電阻和非線性電阻的伏安特性曲線一、實驗?zāi)康模?測繪電阻的伏安特性曲線2.學(xué)會用圖線表示實驗結(jié)果3了解晶體二極管的單向?qū)щ娞匦远?、實驗儀器：毫安表、微安表、伏特計各一塊，金屬膜100K電阻，鍺二極管，電位器，限流電阻各一支，直流電源一臺。三、實驗原理：1、當(dāng)一個元件兩端加上電壓，元件內(nèi)有電流通過時，電壓與電流之比稱為該元件的電阻。2、若一個元件兩端的電壓與通過它的電流成比例，則伏安特性曲線為一條直線，這類元件稱為線性元件。若元件兩端的電壓與通過它的電流不成比例，則伏安特性曲線不再是直線，而是一條曲線，這類元件稱為非線性元件。一般金屬導(dǎo)體的電阻是線性電阻，它與外加電壓的大小和方向無關(guān)，其伏安特

2、性是一條直線（見圖3.2-1）。從圖上看出，直線通過一、三象限。它表明，當(dāng)調(diào)換電阻兩端電壓的極性時，電流也換向，而電阻始終為一定值，等于直線斜率的倒數(shù)。常用的晶體二極管是非線性電阻，其電阻值不僅與外加電壓的大小有關(guān)，而且還與方向有關(guān)。3、晶體二極管的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電特性晶體二極管又叫半導(dǎo)體二極管。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間。如果在純凈的半導(dǎo)體中適當(dāng)?shù)負(fù)饺霕O微量的雜質(zhì)，則半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力就會有上百萬倍的增加。加到半導(dǎo)體中的雜質(zhì)可分成兩種類型：一種雜質(zhì)加到半導(dǎo)體中去后，在半導(dǎo)體中會產(chǎn)生許多帶負(fù)電的電子，這種半導(dǎo)體叫電子型半導(dǎo)體（也叫n型半導(dǎo)體）；另一種雜質(zhì)加到半導(dǎo)體中會產(chǎn)生許多缺少電子的空穴（

3、空位），這種半導(dǎo)體叫空穴型半導(dǎo)體（也叫p型半導(dǎo)體）。晶體二極管是由具有不同導(dǎo)電性能的n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體結(jié)合形成的p-結(jié)所構(gòu)成的。它有正、負(fù)兩個電極，正極由p型半導(dǎo)體引出，負(fù)極由n型半導(dǎo)體引出，如圖（a）所示。p-n結(jié)具有單向?qū)щ姷奶匦?，常用圖（b）所示的符號表示。關(guān)于p-n結(jié)的形成和導(dǎo)電性能可作如下解釋。如圖（a）所示，由于p區(qū)中空穴的濃度比n區(qū)大，空穴便由p區(qū)向n區(qū)擴散；同樣，由于n區(qū)的電子濃度比p區(qū)大，電子便 由n區(qū)向p區(qū)擴散。在交界處隨著擴散的進(jìn)行，p區(qū)空穴減少，出現(xiàn)了一層帶負(fù)電的粒子區(qū)（以y表示）；n區(qū)的電子減少，出現(xiàn)了一層帶正電的粒子區(qū)（以表示）。結(jié)果在p型與n型半導(dǎo)體交界面的兩

4、側(cè)附近，形成了帶正、負(fù)電的薄層區(qū)，稱為p-n結(jié)。這個帶電薄層內(nèi)的正、負(fù)電荷產(chǎn)生了一個電場，其方向恰好與載流子（電子、空穴）擴散運動的方向相反，使載流子的擴散受到內(nèi)電場的阻力作用，所以這個帶電薄層又稱為阻擋層。當(dāng)擴散作用與內(nèi)電場作用相等時，p區(qū)的空穴和n區(qū)的電子不再減少，阻擋層也不再增加，達(dá)到動態(tài)平衡，這時二極管中沒有電流。如圖（b）所示，當(dāng)p-n結(jié)加上正向電壓（p區(qū)接正，n區(qū)接負(fù)）時，外電場與內(nèi)電場方向相反，因而削弱了內(nèi)電場，使阻擋層變薄。這樣，載流子就能順利地通過p-n結(jié)，形成比較大的電流。所以，p-n結(jié)在正向?qū)щ姇r電阻很小。如圖（c）所示，當(dāng)p-n結(jié)加上反向電壓（p區(qū)接負(fù)，n區(qū)接正）時，外

5、電場與內(nèi)電場方向相同，因而加強了內(nèi)電場的作用，使阻擋層變厚。這樣，只有極少數(shù)載流子能夠通過p-n結(jié)，形成很小的反向電流。所以p-n結(jié)的反向電阻很大。圖3.2-3 p-n結(jié)的形成和單向?qū)щ娞匦运摹嶒灢襟E1、 測繪金屬膜電阻的伏安特性曲線采用阻值約為200歐姆的電阻，在其上加電壓0-1.5V，測出電壓每變化0.2V時的電流值。np（a）內(nèi)電場方向擴散運動方向-np（b）內(nèi)電場方向外電場方向正向電流(較大)+n（c）內(nèi)電場方向外電場方向反向電流(很小)p-+要求，用萬用表粗測電阻、電流表、電壓表適合測量檔位的阻值，根據(jù)誤差理論設(shè)計電路。將電壓調(diào)為零，改變加在電阻上的電壓方向，取電壓為0-（-1.5

6、）V，測出電壓每變化0.2V時的電流值。以電壓為橫坐標(biāo)，電流為縱坐標(biāo)，繪出金屬膜電阻的伏安特性曲線。2、 測繪晶體二極管的伏安特性曲線測量之前，先記錄所用二極管的型號（為測出反向電流的數(shù)值，采用鍺管）和主要參數(shù)（即最大正向電流和最大反向電壓），再判別二極管的正、負(fù)級。VmAK+-+-+-W圖3.2-7 測晶體二極管反向伏安特性電路V+-K+-W圖3.2-6 測晶體二極管正向伏安特性電路mA+-R為了測得晶體二級管的正向特性曲線，可按照圖3.2-6所示的電路聯(lián)線。圖中R為保護(hù)晶體二級管的限流電阻，電壓表的量限取1伏左右。經(jīng)教師檢查線路后，接通電源，緩慢地增加電壓，例如，取0.00V、0.10V、

7、0.20V、(在電流變化大的地方，電壓間隔應(yīng)取小一些)讀出相應(yīng)的電流值。最后斷開電源。為了測得反向特性曲線，可按圖3.2-7聯(lián)接電路。將電流表換成微安表，電壓表換接比1伏大的量限，接上電源，逐步改變電壓，例如取0.00V、1.00V、2.00V、,讀取相應(yīng)的電流值。確認(rèn)數(shù)據(jù)無錯誤和遺漏后，斷開電源，拆除線路。以電壓為橫軸，電流為縱軸，利用測得的正、反向電壓和電流的數(shù)據(jù)，繪出晶體二極管的伏安特性曲線。由于正向電流讀數(shù)為毫安，反向電流讀數(shù)為微安，在縱軸上半段和下半段坐標(biāo)紙上每小格代表的電流值可以不同，但必須分別標(biāo)注清楚。注意事項：測晶體二極管正向伏安特性時，毫安表讀數(shù)不得超過二極管允許通過的最大正向電流值。測晶體二極管反向伏安特性時，加在晶體管上的電壓不得超過管子允許的最大反向電壓。二、 操作的綜合性1、 萬用表、電流表、電壓表的使用2、 對二極管的參數(shù)理解和應(yīng)用；根據(jù)金屬膜電阻的彩色環(huán)判別