二端器件伏安特性的测量方法探讨 西安交通大学理学院 贾 亚 民

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1 二端器件伏安特性的测量方法探讨 西安交通大学理学院 贾 亚 民
Study On Two-terminal device measuring methods of volt-ampere characteristics 二端器件伏安特性的测量方法探讨 西安交通大学理学院 贾 亚 民

2 报告内容 摘要 实验电路分析 1.内接法与外接法 2.电压补偿法 3.电流补偿法 4.图示法 5.结果分析与讨论

3 摘 要 概述几种测量二端器件伏安特性的基本方法,用这些方法对小电珠的伏安特性进行了数据测量与分析，给出了各种方法测得的小电珠的伏安特性曲线.通过对几种方法优缺点进行详细分析比较，加深了学生对不同实验方法的使用条件与工作原理的理解，提高了学生创新思维与动手动脑的主动性，增强了学生对电学设计性实验的兴趣。

4 实验电路.1.内接法与外接法 测量固定电阻，可变（线性与非线性）电阻，敏感器件及二端器件伏安特性实验的讨论较多，大多偏重于讨论测量的具体方式方法，很少讨论测量电路的改进，这可能限制了部分学生的想象力与创造力。如图1所示：当K2合向a端时，构成内接法测量电路，此时： 要求 当K2合向b端时，构成外接法测量电路：此时： 要求 图1.内、外接法测量电路 要使测量电路不含电表接入误差，必须对电路进行改进，改进的思路当然是电流表所测得的电流仅是通过待测器件的电流，电压表所测得的电压仅是待测器件两端的电压。

5 2.电压补偿法 将图1电路作图2所示的改进；在滑线变阻器W1两固定端并接一滑线变阻器W2，在电流表与小电珠链接处串接一按键开关AN和检流计G，将其连接在滑动变阻器W2的滑动端，在W2滑动端与接地端接上电压表，即可构成电压补偿法测量小电珠伏安特性电路。调W1滑动端，可取电流作为自变量，如表1所示，由零调到任意电流（如10.0mA）则电流表示值即为通过小电珠的电流，而此时小电珠的端电压为何呢? 当闭合按键开关AN后，考察“1”“2”两节点电位； 若V1>V2，则检流计G指针向→右偏，调节W2 若V1<V2，则检流计G指针向←左偏，再调节W2 若V1=V2，则检流计G指针指向中间“0”，“1”“2” 两节点电位相等，电压表读 数就等于电珠 两端电压。 图2.电压补偿法电路 表1.内接、外接和补偿法测量数据 序号 I/mA 图5.小电珠 U内/v 伏安特性曲线 U补/v U外/v

6 3.电流补偿法 将图1电路作图3所示的改进，去掉图1中电流表，在节点M、N间串接一检流计G和限流电阻R0，同时在这两点并接上按键开关AN与滑线变阻器W2、电源E0（其极性与电源E极性相反）及电流表连接成的串联支路，即可构成电流补偿法测量小电珠伏安特性电路。调节W1滑动端可取电压作为自变量，如表2所示，电压由低到高调节，则电压表此时显示的预置电压为G、R0、Rx上的压降，在M、N支路产生的电流I方向由M到N，此时，按下开关AN,接通变阻器W2、辅助电源E0及电流表、限流电阻R0、检流计G形成的回路，则产生的回路电流I’的方向由N 到M，恰好与电流I的方向相反，若调节W2阻值，使检流计G示值指零，则I’=I，说明M、N两点电位相等，此时电压表示值即为小电珠两端的电压，电流表的示值即为通过小电珠的电流。这样测得的电流和电压也消除了电表接入误差.测量 数据如表2所示。 表2电流补偿法测量数据 图3电流补偿法测量电路 序号 UM/V , UN/V , I/mA

7 4.图示法 则可在示波器显示屏上看到连续的 小电珠伏安特性图 如图6所示。
前两种方法测量的数据避免了电表的接入误差，通过测量多个实验点以描点方式绘出了小电珠的伏安特性图，但避免不了读数误差。若将图1中电源E改为9v交流电源，利用示波器输入阻抗高的特点，取掉电压表，将电流表更换为采样电阻Rs，按图4电路接线，适当调节滑线电阻W1， 则可在示波器显示屏上看到连续的 小电珠伏安特性图 如图6所示。 图4小电珠伏安特性显示电路 图8.用单片计算机显示波形 图6 图示法测小电珠的电流和对应电压

8 5.结果与讨论 1.伏安法及补偿法：用作图法对内、外法和补偿法的测量数据进行处理如图5所示。由图5可知：测量结果与理论分析完全一致，即电流相同时，内接法电压最大、外接法电压最小，补偿法的测量曲线位于内接法和外接法中间，因此，用补偿法测量消除了电流表和电压表内阻带来的系统误差。 2.图示法测量：用图示法测量小电珠和二极管的伏安特性如图6和图7示。 3.小电珠的静态电阻远小于二极管的正向电阻,其工作电流远大于二极管的正向工作电流,所以图示法测量二者的伏安特性曲线时,实验电路(图4)中的器件参数是各不相同的,尤其是图示小电珠伏安特性时电流采样电阻应取的很小. 4.本文采用内、外法、补偿法和图示法分别测量了小电珠的伏安特性曲线，使学生加深了对实验原理的理解，知道了同一个物理量可以有多种测量方法，启发学生多角度思考问题，对培养学生自主学习能力和创新能力大有裨益。该方法也可以应用到其它二端器件的实验测 量当中，如各种二极管、光敏电阻、热敏电阻、太 阳能电池等器件的伏安特性测量。 图7 图示法测二极管的伏安特性

9 参考文献 ［1]王红理，俞晓红，肖国宏.非线性电阻特性的研究.《大学物理实验》.西安交通大学出版社2014.8，139-142
［2] 孙明珠，俞晓红. 非线性电阻特性实验的探讨［J］.大学物理实验，2011.6（3）:39-41. ［3] 李俊，柴晓娜，周健，薛明亮，李季. “二极管伏安特性曲线”实验方案的改进［J］.阜阳师范学院学报( 自然科学版),2012.9(3):73-75. ［4] 王祥斌.白炽灯电阻的线性及非线性探讨［J］.广西物理,2015.2(36) ［5] 艾复俊,何贵男,章志远.关于小灯泡伏安特性曲线的一些宏观及微观解释［J］.科技创新与应用,2015(19).65. ［6] 林祖杰，陆秋夏，尹会听.利用霍尔电流传感器对“示波法显示稳压二极管伏安特性曲线”实验的改进［J］.大学物理实验, (5) ［7] 邓永和，张景森，阎　金.王志刚太阳能光伏组件伏安特性实验研究［J］.湖南工程学院学报,2012.9（3） ［8] 毛鑫锋,杨军.测试二极管伏安特性实验电路的研究.机械与电子［J］,2012(35).630. ［9] 胡素梅, 陈海波.非线性伏安特性实验数据处理的研究.大学物理实验［J］ (2)

10 Abstract : this paper introduces several measurement two-terminal device volt-ampere characteristics, the method of using these methods the volt-ampere characteristics of flashlamp data measurement and analysis, is given to various methods to measure the flashlamp volt-ampere characteristic curve. Through a detailed comparative analysis on the advantages and disadvantages of the methods, deepen the students' conditions for the use of different experimental methods and the understanding of the working principle, improve the students' innovative thinking and correctly initiative, to enhance the students' interest in electrical design experiments. Key words: flashlamp; Nonlinear resistance; Voltammetry; Compensation method; Graphic method

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