HLD-DZC-III型電阻元件V-A測量實驗儀

1、南京恒立達htt P：/ E-mail:地址:HLD-DZCJII 型電阻元件V-A特性測量實驗儀（實驗指導(dǎo)及操作說明書）南京恒立達光電有限公司 江蘇慧碩科教儀器有限公司南京市雨花區(qū)安德門大街 46號郵編：210012H H ENGLIDAENGLIDA電話真京恒立達htt P：/ E-mail:1電阻元件V-A特性測量實驗儀、【概述】:電阻、二極管、穩(wěn)壓管、燈泡、發(fā)光二極管等是常用的電子元件，其伏安 特性是很重要的電學(xué)參數(shù)。利用歐姆定律測導(dǎo)體電阻的方法稱伏安法。為了研究材料的導(dǎo)電性，通常做出伏安特性曲線，了解它的電壓和電流的 關(guān)系，伏安

2、特性曲線為直線的元件稱為線性元件，伏安特性曲線不是直線的元 件稱為非線性元件。這兩種元件電阻特性都可用伏安法測量。二、【實驗?zāi)康摹浚? 1測量電阻元件伏安特性測定方法。2 2測量晶體二極管的正向?qū)щ娞匦浴? 3、測定穩(wěn)壓二極管的伏安特性。4 4、測量燈泡的伏安特性。5 5、測量發(fā)光二極管(LED)(LED)的伏安特性。三、【實驗原理】:1.1.電學(xué)元件的伏安特性在某一電學(xué)元件兩端加上直流電壓，在元件內(nèi)就會有電流通過，通過元件 的電流與端電壓之間的關(guān)系稱為電學(xué)元件的伏安特性。在歐姆定律U =1 式中，電壓U U的單位為伏特，電流I I的單位為安培，電阻R R的單位為歐姆。一般 以電壓為橫坐標(biāo)和電

3、流為縱坐標(biāo)作出元件的電壓一電流關(guān)系曲線，稱為該元件 的伏安特性曲線。2b電流表外接(4-1)(4-1)對于碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻等電學(xué)元件，在通常情況下，通過 元件的電流與加在元件兩端的電壓成正比關(guān)系變化，即其伏安特性曲線為一直 線。這類元件稱為線性元件，如圖 4-14-1所示。至于半導(dǎo)體二極管、穩(wěn)壓管等元 件，通過元件的電流與加在元件兩端的電壓不成線性關(guān)系變化，其伏安特性為 一曲線。這類元件稱為非線性元件，如圖4-24-2所示為某非線性元件的伏安特性。在設(shè)計測量電學(xué)元件伏安特性的線路時，必須了解待測元件的規(guī)格，使加 在它上面的電壓和通過的電流均不超過額定值。此外，還必須了解測量時所需

4、 其它儀器的規(guī)格( (如電源、電壓表、電流表、滑線變阻器等的規(guī)格 ) )，也不得超 過其量程或使用范圍。根據(jù)這些條件所設(shè)計的線路，可以將測量誤差減到最小。2.2.實驗線路的比較與選擇a電流表內(nèi)接I圖4-3電流表的內(nèi)、外接線路在測量電阻R的伏安特性的線路中，常有兩種接法，即圖 4-34-3 (a)(a)中電流表 內(nèi)接法和圖4-4-3 3 (b)(b)中電流表外接法。電壓表和電流表都有一定的內(nèi)阻( (分別設(shè)為 R Rv和RA)。簡化處理時直接用電壓表讀數(shù)U除以電流表讀數(shù)I來得到被測電阻 值R，即R = U /1，這樣會引進一定的系統(tǒng)性誤差。當(dāng)電流表內(nèi)接時，電壓表讀數(shù)比電阻端電壓值大，即有U U =

5、R+RAI需要對其進行修正，即：R 十-RA當(dāng)電流表外接時，電流表讀數(shù)比電阻 R R中流過的電流大，這時應(yīng)有I 1丄1=十3U RxRv需要對其進行修正，即:( (4-2)4-2)在(4-1)(4-1)式和(4-2(4-2) )式中，RA和R Rv分別代表安培表和伏特表的內(nèi)阻。比較電 流表的內(nèi)接法和外接法，顯然，如果簡單地用 U/IU/I值作為被測電阻值，電流表 內(nèi)接法的結(jié)果偏大，而電流表外接法的結(jié)果偏小，都有一定的系統(tǒng)性誤差。在 需要作這樣簡化處理的實驗場合，為了減少上述系統(tǒng)性誤差，測量電阻的線路 方案可以粗略地按下列辦法來選擇：(1)(1) 當(dāng)RRRRv，且R較RA大得不多時，宜選用電流表

6、外接；(2)(2) 當(dāng)RRA，且R和R Rv相差不多時，宜選用電流表內(nèi)接；(3)(3) 當(dāng)RRA，且RRRRv時，貝U必須先用電流表內(nèi)接法和外接法測量， 然后再比較電流表的讀數(shù)變化大還是電壓表的讀數(shù)變化大，根據(jù)比較結(jié)果再決 定采用內(nèi)接法還是外接法，。(二)二極管V-A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。如果在純凈半導(dǎo)體中摻入微量其他元素，其導(dǎo)電性能會有成千上萬倍的增長。 半導(dǎo)體可分為兩種類型，一種是雜質(zhì)摻入到半導(dǎo)體中會產(chǎn)生許多帶負(fù)電的電子, 這種半導(dǎo)體叫N N型半導(dǎo)體；另一種是雜質(zhì)加到半導(dǎo)體中會產(chǎn)生許多缺少電子的 空穴，這種半導(dǎo)體叫P P型半導(dǎo)體。為了弄清在純

7、凈半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)，其導(dǎo)電 性能大大提高的原因，我們來看一下半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)。純凈半導(dǎo)體材料(如硅、鍺)，其原子結(jié)構(gòu)的共同特點是最外層的價電子數(shù)為4 4個。當(dāng)將硅、鍺半導(dǎo)體材料制成單晶體后，原子的排列由雜亂無序的狀態(tài)變 成非常整齊的狀態(tài)，原子間的距離是相等的，約為2.52.5X1010-4卩m m。每個原子最外層的電子不僅受自身原子核的束縛， 而且還與周圍的4 4個原子發(fā)生聯(lián)系，形成 共價鍵結(jié)構(gòu)。在熱激發(fā)狀態(tài)下，少數(shù)共有電子脫離原子核的束縛成為自由電子, 在共價鍵位置上留下一個空穴，附近的共有電子很容易移動過來填補空穴位置, 從現(xiàn)象和效果上看，就像一個帶正電的空穴在移動。因此在純凈半導(dǎo)體中，不 4

8、僅有電子載流子，還有空穴載流子。在單晶半導(dǎo)體中這種載流子數(shù)量很少，導(dǎo) 電能力較差。如果我們在硅單晶中摻入三價硼元素，由硼原子和周圍的8 8個硅原 子形成共價鍵結(jié)構(gòu)，就多出一個空穴，得到 P P型半導(dǎo)體。在硅單晶中摻雜五價 磷元素，磷原子最外層5 5個電子中有4 4個電子與周圍的8 8個硅原子的外層電子組成共價鍵結(jié)構(gòu)，多出的一個電子成為自由電子，形成N N型半導(dǎo)體。可見，半導(dǎo)體 中摻入雜質(zhì)后其載流子數(shù)量大大增加，導(dǎo)電能力也就大大提高了。晶體二極管是由兩種不同導(dǎo)電性能的 P P型和N N型半導(dǎo)體結(jié)合形成PNPN結(jié)所構(gòu) 成的，正極由P P型半導(dǎo)體引出，負(fù)極由N N型半導(dǎo)體引出，其結(jié)構(gòu)和表示方法如圖

9、2 2所示。圖2 2二極管的結(jié)構(gòu)和表示方法 關(guān)于PNPN結(jié)的形成和導(dǎo)電性能可做如下解釋。由于P P區(qū)中空穴濃度大，空穴由P P區(qū)向N N區(qū)擴散；而N N區(qū)中自由電子濃度大, 自由電子就由N N區(qū)向P P區(qū)擴散。在P P區(qū)和N N區(qū)交界面上形成一個帶正負(fù)電荷的薄 層，稱為PNPN結(jié)。這個薄層內(nèi)正負(fù)電荷形成一個內(nèi)電場，其方向恰好與載流子擴 散方向相反。當(dāng)擴散作用和內(nèi)電場作用平衡時，P P區(qū)中空穴和N N區(qū)中自由電子不 再減少，帶電薄層不再增加，達到動態(tài)平衡，我們稱帶電薄層為耗盡層，厚度 約為幾十微米。當(dāng)PNPN結(jié)加正向電壓時（P P接電源正，N N接電源負(fù)），外電場與內(nèi)電場方向相 反，耗盡層變薄，

10、載流子可順利通過 PNPN結(jié)，形成較大電流，故PNPN結(jié)正向?qū)щ?時，電阻很小，如圖3 3所示。當(dāng)PNPN結(jié)加反向電壓時，外電場與內(nèi)電場方向相同,5（在耗盡層變厚，載流子很難通過耗盡層，反向電流較小，反向電阻很大，二極管 反向電壓在一定范圍內(nèi)電流不變化。晶體二極管的正反向伏安特曲線，電流、電壓具有非線性關(guān)系，各點電阻均不相同，具有這種性質(zhì)的電阻稱為非線性電阻。（測量電路中為整流二極管）（三）穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性穩(wěn)壓管實質(zhì)上就是一個面結(jié)型硅二極管，它具有陡峭的反向擊穿特性，工 作在反向擊穿狀態(tài)。在制造穩(wěn)壓管時，使它具有擊穿特性，穩(wěn)壓管電路中串電 流電阻，使穩(wěn)壓管擊穿后電流不超過允許的數(shù)值，因此，擊穿

11、狀態(tài)可以長期繼 續(xù)，并能很好的重復(fù)工作而不導(dǎo)致?lián)p壞。穩(wěn)壓管的伏安特性曲線如圖4 4所示。它的正向特性與普通硅二極管一樣,反向擊穿特性較陡。當(dāng)反向電壓增大到擊穿電壓以后，穩(wěn)壓管進入擊穿狀態(tài) 曲線的ABAB段）雖然反向電流在很大的范圍變化， 但它的兩端電壓變化很小,本恒定。利用穩(wěn)壓管這一特性，可以達到穩(wěn)壓的目的。60 20V （連續(xù)可調(diào)）輸出電壓調(diào)節(jié)：分粗調(diào)、細(xì)調(diào)、配合0 200mA220V 10%,50Hz，耗電 10001000。，（0 01010） 1001000 0和（0 01010） xo oo o三位可變 電阻開關(guān)盤構(gòu)成，三、 電壓表滿量程電壓：表頭最大顯示： 各量程內(nèi)阻值：四、電流表

12、；表頭參數(shù)1 1）滿量程電流：200PA、2mA、20mA、200mA，量程變換由調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換 開關(guān)完成。2 2）各量程內(nèi)阻：見表2 23 3）表頭最大顯示：19991999表二 電流表個量程內(nèi)阻值電流表量程200 4A2 mA20mA200mA電流表內(nèi)阻10000100010Q1Q電壓表量程2V20V電壓表內(nèi)阻1MQ10MQ見表一 表一電壓表各量程內(nèi)阻值75 5、實驗儀:2345F : I應(yīng)1291110圖5 5電阻元件伏安特性實驗儀整機面件圖678 a一3廠肓.M 1 V） 11 （ r ： ； rliffl yi.ft .A 特ft5” 訐1D 氏* ir /| W 氏訂界*醸科卿12 3

13、*13、電壓表：2V2V、20V20V電流表：200 4A 2mA、待測電阻：1KO、2W待測二極管:IN4007待測穩(wěn)壓管:6.3V待測燈泡12V、0.1A待測發(fā)光二極管備用接口:可外接待測元件限流電阻：200 Q1 1、2 2、4、5、6、7、89、10、電源開關(guān)20mA、 200mA11、電阻箱:（0 01010） XOOOOOOO O , （0 01010） 100100。和（0 01010） 10100 012、直流穩(wěn)壓電源：0-20V輸出電壓調(diào)節(jié)：分粗調(diào)、細(xì)調(diào)、89關(guān)。依次調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓為表1-11-1中所列數(shù)值。并將相對應(yīng)的電流E0-15V0-15VR = iKn-0

14、-02 2、電流表內(nèi)接法五、【實驗步驟及數(shù)據(jù)】：1.測定電阻的伏安特性本實驗在電阻元件V-AV-A特性測量實驗儀上進行，按圖6 6接好線路（分電流表內(nèi)外 接法和電流表內(nèi)接法）。經(jīng)檢查無誤后. .先將直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)，確保打開直流穩(wěn)壓電源后的輸出電壓在 0V0V左右，然后再打開電源的開值記錄在表中。-0-01 1、電流表外接法表1-11-1、1K1KQ電阻器伏安特性測試數(shù)據(jù)表電流表內(nèi)接測試電流表外接測試U（ V）I (mARx直算值（k Q）Rx修正值（k Q ）U (V)I (mARx直算值（k Q ）Rx修正值（k Q）2.002.004.004.006.006.008.

15、008.0010.0010.0012.0012.00電壓檔位20V電流檔位20mA+102V2V (y)(y)14.0014.00注：如選著其他電阻，應(yīng)選著正確量程2.測定二極管的伏安特性本實驗在電阻元件V-AV-A特性測量實驗儀上進行，按圖7 7接好線路經(jīng)檢查無誤后. .先將直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)，確保打開直流穩(wěn)壓電源后的輸 出電壓在0V0V左右，然后再打開電源的開關(guān)。依次調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓 為表1-1-2 2中所列數(shù)值。并將相對應(yīng)的電流值記錄在表中。+00 01 1 V V1-21-2、二極管伏安特性測試數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)處理要求：按上表數(shù)據(jù)進行等精度作圖，畫出二極管正向伏安

16、特性曲線。3.測定穩(wěn)壓極管的伏安特性序號12345678910電壓V00.1000.2000.3000.4000.5000.6000.7000.8000.900電流mA電壓檔位2V電流檔位2mA（正向伏安特性）111 1、穩(wěn)壓管正向伏安特性2 2、穩(wěn)壓管反向伏安特性本實驗在電阻元件V-AV-A特性測量實驗儀上進行，按圖8 8接好線路經(jīng)檢查無誤后. .先將直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)，確保打開直流穩(wěn)壓電源后的輸出電壓在0V0V左右，然后再打開電源的開關(guān)。依次調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓為表1-31-3中所列數(shù)值。并將相對應(yīng)的電流值記錄在表中。1-3、穩(wěn)壓管伏安特性測試數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)處理要求：按

17、上表數(shù)據(jù)進行等精度作圖，畫出二極管正向伏安特性曲線。2、電壓檔位20V電流檔位20mA（反向伏安特性）序號123456789101112電壓01.002.003.004.005.006.006.26.46.678序號12345678910電壓V00.10.20.30.40.50.60.70.80.9電流mA1、電壓檔位2V電流檔位2 mA（正向伏安特性）12+0+00 02 24.測定發(fā)光二極管的伏安特性本實驗在電阻元件V-AV-A特性測量實驗儀上進行，按圖9 9接好線路經(jīng)檢查無誤后. .先將直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)，確保打開直流穩(wěn)壓電源后的輸出電壓在0V0V左右，然后再打開電源的

18、開關(guān)。依次調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓為表1-41-4中所列數(shù)值。并將相對應(yīng)的電流值記錄在表中。2ov（y）1-4、發(fā)光二極管伏安特性測試數(shù)據(jù)表序號12345678910電壓V00.501.001.502.002.503.003.504.00電流電壓檔位20V電流檔位20mA（正向伏安特性）按上表數(shù)據(jù)進行等精度作圖，畫出二極管反向伏安特性曲線。13mA數(shù)據(jù)處理要求：按上表數(shù)據(jù)進行等精度作圖，畫出發(fā)光二極管正向伏安特性曲線。5.測定燈泡的伏安特性本實驗在電阻元件V-AV-A特性測量實驗儀上進行，按圖1010接好線路經(jīng)檢查無誤后. .先將直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)，確保打開直流穩(wěn)壓電源后的輸 出電壓在0V0V左右，然后再打開電源的開關(guān)。依次調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓 為表1-1-5 5中所列數(shù)值。并將相