非線性元件特性曲線的測(cè)定及曲線繪制

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>　　1、了解非線性元件的伏安特性；
　　2、學(xué)習(xí)非線性元件伏安特性曲線的測(cè)試方法；
　　3、掌握繪制曲線的方法。

　　二、 原理說明
　　1、非線性元件的伏安特性
　　在電路中，元件的特性一般用該元件上的電壓Ｕ與通過元件的電流Ｉ之間的函數(shù)關(guān)系U = f (I) 來表示，這種函數(shù)關(guān)系稱為該元件的伏安特性，也稱外部特性。通常將Ｕ和I分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)繪成曲線，這種曲線就叫做伏安特性曲線或外特性曲線。

　　線性電阻元件的伏安特性符合歐姆定律，它在u-i 平面上是一條通過原點(diǎn)的直線，如圖6.8.1所示。該特性曲線各點(diǎn)斜率與元件電壓、電流的大小和方向無關(guān)，所以線性電阻元件是雙向性元件。

　　圖6.8.1

　　非線性二端元件的伏安特性不服從歐姆定律，在u-i平面上是一條曲線。以下我們將討論普通晶體二極管、穩(wěn)壓二極管和白熾燈泡三種非線性電阻元件的伏安特性。

　　普通晶體二極管的特點(diǎn)是正向電阻和反向電阻區(qū)別很大，其伏安特性曲線如圖6.8.2（a）所示。它的電阻值不僅隨著流過它的電流大小而變化，而且還隨著電流的方向不同而有很大的不同，其伏安特性曲線對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)不對(duì)稱，是非雙向性元件，具有單向?qū)щ姷奶攸c(diǎn)。

　　穩(wěn)壓二極管的正向伏安特性類似于普通晶體二極管，但其反向伏安特性則較特別，如圖6-8-2（b）所示。在反向電壓開始增加時(shí)，其反向電流幾乎為零，但當(dāng)電壓增加到某一數(shù)值時(shí)（一般稱為穩(wěn)定電壓），電流突然增加，以后它的端電壓維持恒定，不再隨外電壓升高而增加。利用這種特性，穩(wěn)壓二極管在電子設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。

　　白熾燈泡在工作時(shí)，燈絲處于高溫狀態(tài)，其燈絲電阻隨著溫度的改變而改變，并且具有一定的慣性；又因?yàn)闇囟鹊母淖兣c流過燈泡的電流有關(guān)，所以它的伏安特性為一條曲線，如圖6.8.2（c）所示。由圖可見，電流越大、溫度越高，對(duì)應(yīng)的燈絲電阻也越大。一般燈泡的“冷電阻”與“熱電阻”可相差幾倍至十幾倍。

　　（a） （b） （c）

　　圖6.8.2 非線性元件的伏安特性

　　2、伏安特性曲線的測(cè)試方法
　　在使用電表測(cè)試二端電阻元件的伏安特性曲線時(shí)，應(yīng)注意電壓表和電流表都具有一定的內(nèi)阻RV和RA，測(cè)量時(shí)必須考慮到電表內(nèi)阻對(duì)被測(cè)電路的影響。

　　三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)
　　1、測(cè)定晶體二極管的伏安特性曲線。
　　本次實(shí)驗(yàn)測(cè)定的晶體二極管的參數(shù)為1.5A，100V。
　　自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)線路圖，測(cè)試該晶體二極管的伏安特性曲線，測(cè)量數(shù)據(jù)表格自擬。
　　2、測(cè)定穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線。
　　本次實(shí)驗(yàn)測(cè)定的穩(wěn)壓二極管的參數(shù)為5V，1W。
　　將任務(wù)1中的晶體二極管換成穩(wěn)壓二極管，重復(fù)任務(wù)1的測(cè)量，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入自擬的表格。
　　3、測(cè)定白熾燈泡的伏安特性曲線。

　　圖6.8.3

　　按圖6.8.3接線并接通交流電源，根據(jù)曲線的性質(zhì)，調(diào)整電源電壓輸出為0~240V。
　　測(cè)量點(diǎn)要求：電源電壓從最小值開始，單調(diào)增加，最后一點(diǎn)要求電壓≥230V。相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)間電壓增幅不宜超過12V，整個(gè)曲線測(cè)量取點(diǎn)總數(shù)應(yīng)在20-25點(diǎn)左右為宜。
　　自擬表格記錄每一測(cè)量點(diǎn)電流表和電壓表的讀數(shù)。
　　注意：測(cè)量點(diǎn)安排得越多、越合理，測(cè)量得到的特性曲線就越接近實(shí)際情況。

　　四、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備
　　1、數(shù)字萬用表
　　2、電工綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)
　　3、 DG05單相燈負(fù)載實(shí)驗(yàn)組件
　　4、 DG07多功能網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)組件

　　五、預(yù)習(xí)思考及注意事項(xiàng)
　　1、預(yù)習(xí)被測(cè)元件伏安特性曲線的大致形狀，預(yù)測(cè)被測(cè)量（電壓、電流）的取值范圍，測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)應(yīng)如何分布？應(yīng)選用哪些儀表及其量程
　　2、選取適當(dāng)測(cè)量點(diǎn)，針對(duì)所要求完成的實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)線路和數(shù)據(jù)表格。
　　3、實(shí)驗(yàn)過程中直流穩(wěn)壓電源不能短路，以免損壞設(shè)備。
　　4、分析影響實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度的主要因素，并設(shè)法消除或降低其影響。

　　六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
　　1、整理測(cè)量數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上按合適的比例繪出各元件的伏安特性曲線；
　　2、學(xué)習(xí)使用計(jì)算機(jī)軟件繪制伏安特性曲線，了解曲線擬合的方法；
　　3、分析各測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因。