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电学元件的伏安特性研究

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【实验目的】

★基本要求 ◆提高要求
1、掌握基本电路的连接规范;
2、掌握伏安法测电方法;
3、能够分析电表的介入引起的系统误差;
4、了解仪器、电路和测量条件的选择;
5、测绘电阻和二极管的福安特性曲线;
6、学会用图示法表示实验结果。

1、设计补偿法测量电阻伏安特性的实验方案;
2、设计用图解法寻找小灯泡电流与电压关系的经验公式的实验方案;
3、试验二极管的光敏特性与热敏特性。

【实验仪器】

毫安表;微安表;电压表;万用表;滑线变阻器;双路直流稳压电源;电键;电阻;二极管;检流计;小灯泡;导线等。

【实验原理】

器件两端加一定电压后,元件就会有电流流过,电流和电压之比就是元件的电阻。电阻分类:线性电阻和非线性电阻()。
(一)伏安法测电阻内外接法系统误差分析:
电流表外接法:测量值,实际值,测量值小于真值。
电流表内接法:测量值,实际值,       测量值大于真值。


(二)二极管原理工作原理:

二极管是一个PN结,加正向电压时,OA段,正向电压不足以克服PN结内电场对多数载流子的扩散所造成的阻力,正向电流比较小,二极管电阻较大。在AB段,外加电压超过阈值电压,内电场大大削弱。二极管的电阻很小,电流迅速上升。二极管导通状态。加反向电压当电压较小时,反向电流很小,在OC段,管子呈高阻状态,当电压继续增加到二极管击穿电压时,电流剧增,二极管被击穿,电阻趋于零值。

【实验步骤】

(见教材 P126 ,这里略)

【实验注意事项】

(一)线性电阻:

测量过程中,两个表的读数要在滑动变阻器的调节范围内,都要超过满量程的2/3。

测量线性电阻时,内外接法测量不可以换量程,因为换量程后,引入到电路系统的电压表和电流表内阻就不同,致使前后测量不是同一个电路系统。

(二)二极管:

1.正向特性测量时电压表用1V。2.反向特性测量时电压表用5V。

【数据记录和处理】

(记录相关数据,这里略)

【实验报告上交要求需包含以下内容:】

1.在同一个坐标系下绘制线性电阻内外接法的伏安特性曲线,计算电阻的相对不确定度。

2.在同一个坐标系下绘制二极管的正向和反向伏安特性曲线。

3.课后习题。

4.实验分析。

【思考与讨论】

⒈从二极管伏安特性曲线导通后的部分找出一点,根据实验中所用的电表,试分析若电流表内接,产生的系统误差有多大?如何对测量结果进行修正?

答:如图5.9-1,将开关接于“1”,称电流表内接法。由于电压表、电流表均有内阻(设为RL与RA),不能严格满足欧姆定律,电压表所测电压为(RL+RA)两端电压,这种“接入误差”或 “方法误差”是可以修正的。测出电压V和电流I,则=RL+RA,

所以RL=-RA=RL´+RA                ①。

接入误差是系统误差,只要知道了RA,就可把接入误差计算出来加以修正。通常是适当选择电表和接法,使接入误差减少至能忽略的程度。

由①式可看出,当RA<<RL时,其影响可忽略,换言之,若RL>>RA,应采用内接法。

⒉根据实验中所用仪器,如果待测电阻为线性电阻,要求待测电阻R的测量相对误差不大于4%,若不计接入误差,电压和电流的测量值下限Vmin和Imin应取何值?

答:根据误差均分原则,电流表、电压表的准确度等级、量程进行计算.