电路元件伏安特性的测绘及电源外特性的测量
一． 实验目的
1． 学习测量线性和非线性电阻元件伏安特性的方法，并绘制其特性曲线 2． 学习测量电源外特性的方法
3． 掌握运用伏安法判定电阻元件类型的方法
4． 学习使用直流电压表、电流表，掌握电压、电流的测量方法
二． 实验原理与说明 1． 电阻元件 （1） 伏安特性
二端电阻元件的伏安特性是指元件的端电压与通过该元件电流之间的函数关系。通过一定的测量电路，用电压表、电流表可测定电阻元件的伏安特性，由测得的伏安特性可了解该元件的性质。通过测量得到元件伏安特性的方法称为伏安测量法（简称伏安法）。把电阻元件上的电压取为纵（或横）坐标，电流取为横（或纵）坐标，根据测量所得数据，画出电压和电流的关系曲线，称为该电阻元件的伏安特性曲线。 （2） 线性电阻元件
线性电阻元件的伏安特性满足欧姆定律。在关联参考方向下，可表示为：U=IR，其中R为常量，称为电阻的阻值，它不随其电压或电流改变而改变，其伏安特性曲线是一条过坐标原点的直线，具有双向性。如图3-1（a）所示。 （3） 非线性电阻元件
非线性电阻元件不遵循欧姆定律，它的阻值R随着其电压或电流的改变而改变，即它不是一个常量，其伏安特性是一条过坐标原点的曲线，如图3-1（b）所示。 U(v) I(mA)
I(mA) U(v) 0 0
(a) 线性电阻的伏安特性曲线 (b) 非线性电阻的伏安特性曲线
图3-1 伏安特性曲线
（4） 测量方法
在被测电阻元件上施加不同极性和幅值的电压，测量出流过该元件中的电流；或在被测电阻元件中通入不同方向和幅值的电流，测量该元件两端的电压，便得到被测电阻元件的伏安特性。 2． 直流电压源 （1） 直流电压源
理想的直流电压源输出固定幅值的电压，而它的输出电流大小取决于它所连接的外
3-1
电路。因此它的外特性曲线是平行于电流轴的直线，如图3-2（a）中实线所示。实际电压源的外特性曲线如图3-2（a）虚线所示，在线性工作区它可以用一个理想电压源Us和内电阻Rs相串联的电路模型来表示，如图3-2（b）所示。图3-2（a）中角θ越大，说明实际电压源内阻Rs值越大。实际电压源的电压U和电流I的关系式为： U?US?RS?I
式（3-1）
（2） 测量方法
将电压源与一可调负载电阻串联，改变负载电阻R2的阻值，测量出相应的电压源电流和端电压，便可以得到被测电压源的外特性。
图3-2 电压源特性
3． 直流电流源（DC current source） （1） 直流电流源
理想的直流电流源输出固定幅值的电流，而其端电压的大小取决于外电路，因
此它的外特性曲线是平行于电压轴的直线，如图3-3（a）中实践所示。实际电流源的外特性曲线如图3-3（a）中虚线所示。在线性工作区它可以用一个理想电流源Is和内电导Gs（Gs=1/Rs）相并联的电路模型来表示，如图3-3（b）所示。图3-3（a）中的角θ越大，说明实际电流源内电导Gs值越大。实际电流源的电流I和电压U的关系式为：
I?IS?U?GS
式（3-2）
（2） 测量方法
电流源外特性的测量与电压源的测量方法一样。
图3-3 电流源外特性
三． 实验设备
3-2
名称 1． 三相空气开关 2． 双路可调直流电源 3． 恒流源 4． 直流电压电流表 5． 电阻 数量 1块 1块 1块 1块 13只
6． 白炽灯泡 1只 7． 灯座 1只 8． 短接桥和连接导线 若干 9． 实验用9孔插件方板 1块
四． 实验步骤
1． 测量线性电阻元件的伏安特性
（1） 按图3-4接线，取RL=51?，Us用直流稳压电源，先将稳压电源输出电压旋钮置于零位。
（2） 调节稳压电源输出电压旋钮，使电压Us分别为0V、1V、2V、3V、4V、5V、6V、7V、8V、9V、10V，并测量对应的电流值和负载R L两端电压U，数据记入表3-1。然后断开电源，稳压电源输出电压旋钮置于零位。
表3-1 线性电阻元件实验数据
型号
30121001 30121046 30111113 30111047
1?*1 5.1?*1 10?*1 22?*1 51?*2 100?*2 220?*1 1k?*1 12V/0.1A M=9.3mm
P8-1和50148 297mm ×300mm
Us（v） I（mA） U（v） R=U/I （?） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 图3-4 线性电阻元件的实验线路 图3-5 非线性电阻元件的实验线路
（3） 根据测得的数据，在下面坐标平面上绘制出RL= 51?电阻的伏安特性曲线。先取点，再用光滑曲线连接各点。 I(mA)
0 U(V)
3-3