1實驗一-電阻元件V-A特性測量解析

試驗二

電阻元件V-A特性測量

電阻、二極管、穩(wěn)壓管、燈泡等是常用的電子元件，其伏安特性是很重要的電學參數(shù)。利用歐姆定律測導體電阻的方法稱伏安法。為了爭論材料的導電性，通常做出伏安特性曲線，了解它的電壓和電流的關系，伏安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。試驗目的：1、把握電阻元件伏安特性測定方法。2、了解晶體二極管的正向導電特性。試驗儀器

HLD-DZC-II型電阻元件V-A測量試驗儀

ZX21型可變電阻箱試驗原理：〔一〕電阻元件V-A特性在確定溫度下，當直流電流通過某一待測電阻Rx時，用電壓表測出Rx兩端的電壓U，同時用電流表測出通過Rx的電流I，依據(jù)歐姆定律計算：或這種測量電阻的方法即伏安法。假設U/I為常量，則該電阻稱為線性電阻；假設U/I不為常量，則稱該電阻為非線性電阻〔非線性元件〕，如二極管等。在實際測量中，由于電流表和電壓表各存在內(nèi)阻RA和RV，所以用式計算出的R測和真實值Rx不全都，而且選用不同的測量電路，其系統(tǒng)誤差也不一樣。以下是兩種測量電路的分析。用伏安法測量電阻，可承受圖1中的兩種接線方法。圖1伏安法測量電阻線路圖在圖1-(a)中，電流表的讀數(shù)I為通過R的電流，電壓表的讀數(shù)U不是UX,而是U=UX+UA則待測電阻的測量值為RA為電流表的內(nèi)阻，RA/RX是電流表內(nèi)阻給測量帶來的相對誤差?？梢?，承受圖1-(a)的接法時，測得的R比實際值偏大，假設知道內(nèi)阻的數(shù)值，則待測電阻可用下式計算。在圖1-(b)中，電壓表的讀數(shù)為UX，電流表的讀數(shù)為I=IV+IX。則待測電阻的測量值為

將用二項式定理開放，舍去高次項，可寫為

式中的RV為電壓表的內(nèi)阻，RX/RV是電壓表內(nèi)阻給測量帶來的相對誤差。可見，承受圖1-(b)的接法時，測得的電阻值R比實際RX偏小，假設知道RV的數(shù)值，則待測電阻RX可由下式求得。概括起來說，用伏安法測電阻時，由于線路方面的緣由，測得的電阻值總是偏大或是偏小，即存在確定的系統(tǒng)誤差。要確定究竟承受哪一種接法，必需事先對RX、RA、RV三者的相對電阻粗略地估量。當RX》RA,而RV未必》RX大時，承受圖1-(a)接法。當RX《RV，RX又不過分大于RA時，可承受圖1-(b)的接法。對于即滿足RX》RA，又滿足RX《RV關系的電阻，兩種接法都可以?！捕扯O管V-A特性

晶體二極管又叫半導體二極管，半導體的導電性能介于導體和絕緣體之間。假設在純潔半導體中摻入微量其他元素，其導電性能會有成千上萬倍的增長。半導體可分為兩種類型，一種是雜質(zhì)摻入到半導體中會產(chǎn)生很多帶負電的電子，這種半導體叫N型半導體；另一種是雜質(zhì)加到半導體中會產(chǎn)生很多缺少電子的空穴，這種半導體叫P型半導體。為了弄清在純潔半導體中摻入雜質(zhì)，其導電性能大大提高的緣由，我們來看一下半導體的構造。純潔半導體材料〔如硅、鍺〕，其原子構造的共同特點是最外層的價電子數(shù)為4個。當將硅、鍺半導體材料制成單晶體后，原子的排列由雜亂無序的狀態(tài)變成特殊整齊的狀態(tài)，原子間的距離是相等的，約為2.5×10-4μm。每個原子最外層的電子不僅受自身原子核的束縛，而且還與四周的4個原子發(fā)生聯(lián)系，形成共價鍵構造。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，四周的共有電子很簡潔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。因此在純潔半導體中，不僅有電子載流子，還有空穴載流子。在單晶半導體中這種載流子數(shù)量很少，導電力氣較差。假設我們在硅單晶中摻入三價硼元素，由硼原子和四周的8個硅原子形成共價鍵構造，就多出一個空穴，得到P型半導體。在硅單晶中摻雜五價磷元素，磷原子最外層5個電子中有4個電子與四周的8個硅原子的外層電子組成共價鍵構造，多出的一個電子成為自由電子，形成N型半導體?？梢?，半導體中摻入雜質(zhì)后其載流子數(shù)量大大增加，導電力氣也就大大提高了。晶體二極管是由兩種不同導電性能的P型和N型半導體結合形成PN結所構成的，正極由P型半導體引出，負極由N型半導體引出，其構造和表示方法如圖2所示。由于P區(qū)中空穴濃度大，空穴由P區(qū)向N區(qū)集中；而N區(qū)中自由電子濃度大，自由電子就由N區(qū)向P區(qū)集中。在P區(qū)和N區(qū)交界面上形成一個帶正負電荷的薄層，稱為PN結。這個薄層內(nèi)正負電荷形成一個內(nèi)電場，其方向恰好與載流子集中方向相反。當集中作用和內(nèi)電場作用平衡時，P區(qū)中空穴和N區(qū)中自由電子不再削減，帶電薄層不再增加，到達動態(tài)平衡，我們稱帶電薄層為耗盡層，厚度約為幾十微米。當PN結加正向電壓時〔P接電源正，N接電源負〕，外電場與內(nèi)電場方向相反，耗盡層變薄，載流子可順當通過PN結，形成較大電流，故PN結正向導電時，電阻很小，如圖3所示。當PN結加反向電壓時，外電場與內(nèi)電場方向一樣，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，二極管反向電壓在確定范圍內(nèi)電流不變化。晶體二極管的正反向伏安特曲線，電流、電壓具有非線性關系，各點電阻均不一樣，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〕試驗內(nèi)容和步驟：試驗前預備：生疏儀器面板操作，儀器預熱10分鐘，做試驗按試驗步驟操作切勿接錯，以免損壞元件。標準電阻箱總電阻切記不能調(diào)到0，以免接入電路時造成誤接短路！內(nèi)容一:電阻測量：本試驗分別選擇標準電阻箱電阻為4500Ω和150Ω兩種狀況進展測量?！?〕待測電阻為4500Ω時，因此時RX》RA，故可用前面圖1中a圖的電流表內(nèi)接法測量：測量數(shù)據(jù)及處理分析：電流表用20mA檔，電壓表用20V檔測量次數(shù)n12345678910U(v)I(mA)R=U/IΩ測量結果：RX

=

Ω?！?〕待測電阻為150Ω時，因此時VR》XR，故可用前面圖1中b圖的電流表外接法測量：用電流為200mA檔，電壓20V檔 次數(shù)n12345678910U(v)I(mA)R=U/IΩ測量結果：RX

=

Ω。內(nèi)容二:二極管的測量：本試驗選擇硅管1N007。〔測量時確定要加限流電阻〕接線如以以以下圖4所示〔二極管分別按正向或反向連接〕。試驗測量數(shù)據(jù)及處理分析。電流表為2mA或200μA檔，電壓表選擇2V檔測量直流穩(wěn)壓電源輸出須調(diào)整細調(diào)電位器。 次數(shù)n12345678910U(v)I(mA)測量結果：依據(jù)上表畫出二極管的V-A特性圖。留意事項:

〔1〕為疼惜直流穩(wěn)壓電源和待測元件，測量前必需將電壓輸出調(diào)為零、標準電阻箱阻值放在最