实验二电路元件伏安关系的测定
一、实验目的
1．熟悉几种常见二端元件的伏安特性。 2．学习电路元件伏安特性的测定方法。
3．掌握直流电流表、电压表、稳压电源、滑线变阻器的使用方法。
二、实验原理
1．电路元件的伏安特性
任一个二端元件，其两端的电压 u与流经该元件的电流 u=f
i之间存在着一定的函数关系
(i)，通常称此关系为元件的伏安关系或伏安特性。将这个函数关系绘成 u~i平面上的一条曲线， 就得到该元件的伏安关系特性曲线。一个二端元件由 u~i平面上的一条曲线唯一地确定，而不 同的电路元件则具有不同的伏安特性曲线形状。 2．电阻元件的伏安特性
线性电阻服从欧姆定律，其伏安关系为 U = R·I，在 u~i平面上，其伏安特性曲线是一条通 过原点的直线，直线的斜率即反映出该线性电阻值的大小，该阻值与元件电压、电流的大小和 方向无关，因此线性电阻是一个双向性的即时元件。如图 2-2-1所示。
I
I
0
U
0
U
Fig2-2-1 线性电阻伏安特 Fig2-2-2 晶体二极管伏安特性
图 2-2-2是晶体二极管的伏安关系特性曲线，其阻值随电压的大小而变化，属非线性电
阻，并且由于其阻值还与所加电压的极性有关，正向导通时电阻较小，反向截止时电阻很大， 所以晶体二极管是一单向导通性元件。
非线性电阻不服从欧姆定律，其伏安特性是 u~i平面上的一条曲线，通常其阻值是随着电 流、电压的大小和方向的改变而变化的，按其伏安关系的特征可将其分成流控型、压控型、电 流电压双控型，如图 2-2-3所示。
I
I
I
0
U
0
U
0
U
Fig2-2-3 非线性电阻伏安特性
2322
3．实际电压源的伏安特性
实际电压源可用一理想电压源 Us与内阻 Ro的串联电路模型来模拟，如图 4所示。实
2-2-
际电压源的外特性可用其端口的伏安关系来描述，即：U=Us-Ro·I，由于存在电源内阻 Ro，实 际电压源的端电压将随输出电流的增加而降低，因此在 u~i平面上，其伏安特性曲线是一条从 Us开始随着
I增加略有下倾的直线，如图
I
Us +
_ Ro Fig2-2-4
U
RL
0 Fig2-2-5 Us
2-2-5所示。
U
I
4．电路元件伏安关系特性曲线的测定
根据电路元件伏安特性的定义说明可知，任一个二端元器件的伏安特性均可通过其 u~i平 面上的伏安特性曲线来描述。因此，我们可以利用实验的手段和测量方法，对某一元件任意测 取若干组电流与电压值，并在 u~i平面上逐点描绘出来，则可得到该电路元件的伏安关系特性 曲线。 5．测试条件
电阻元件——注意额定功率和额定电流。 晶体管——注意正、反向击穿电压值。 电压源——不得短路。 电流源——不得开路。
三、实验器材：
名称 直流稳压电源 直流电流表 直流电压表 万用表 滑线变阻器 干电池 1#实验板 2#实验板
型号规格 HY1711 C31-A C31-V MF-30 BX4-510 1．5V
数量 1 1 1 1 1 1 1 1
自制 自制 备注
滑线变阻器及 1#、2#自制实验板分别如图 2-2-6、2-2-7、2-2-8所示。
2332
四、实验任务
1．仔细观察本次实验所需使用的仪器、仪表及实验线路板。
Fig2-2-6 滑线变阻器
2．测定线性电阻的伏安特性曲线。
按图 2-2-9接线，Us为稳压电源输出。调节滑 线变阻器，测量相应的 U、I值，自拟表格,记录数据 并作图。
A
Us +
_
Fig2-2-9
V
RL
Fig2-2-7 1#实验板
3．测定晶体稳压二极管的伏安特性曲线。
按图 2-2-10，图 2-2-11接线，分别测定稳压二极管的正、
反向伏安特性曲线。注意，调节滑线变阻器时应使电压从 小到大缓慢增加，确保流经管子的电流小于 50mA；在曲
线弯曲区段需多测几组数据，自拟表格记录并作图。
A
Us +
－
Fig2-2-10
V
Us +
－
V
Fig2-2-8 2#实验板 A
Fig2-2-11
4．测定实际电压源的伏安特性曲线
按图 2-2-12接线，虚框内为一节 池，RL
采用滑线变阻器，调节 R拟
表格记录数据并作图。 2342 L，测量相应的
A
1.5V干电
Ro
U、I值，自+
Fig2-2-12
RL