线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线

线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线2. 一、实验目的：1测绘电阻的伏安特性曲线学会用图线表示实验结果了解晶体二极管的单向导电特性二、实验仪器：毫安表、微安表、伏特计各一块，金属膜100K电阻，锗二极管，电位器，限流电阻各一支，直流电源一台。三、实验原理：1、当一个元件两端加上电压，元件内有电流通过时，电压与电流之比称为该元件的电阻。2、若一个元件两端的电压与通过它的电流成比例，则伏安特性曲线为一条直线，这类元件称为线性元件。若元件两端的电压与通过它的电流不成比例，则伏安特性曲线不再是直线，而是一条曲线，这类元件称为非线性元件。一般金属导体的电阻是线性电阻，它与外加电压的大小和方向无关，其伏安特性是一条直线（见图3.2-1）。从图上看出，直线通过一、三象限。它表明，当调换电阻两端电压的极性时，电流也换向，而电阻始终为一定值，等于直线斜率的倒数RV。I常用的晶体二极管是非线性电阻，其电阻值不仅与外加电压的大小有关，而且还与方向有关。3、晶体二极管的结构和导电特性晶体二极管又叫半导体二极管。半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。如果在纯净的半导体中适当地掺入极微量的杂质，则半导体的导电能力就会有上百万倍的增加。加到半导体中的杂质可分成两种类型：一种杂质加到半导体中去后，在半导体中会产生许多带负电的电子，这种半导体叫电子型半导体（也叫n型半导体）；另一种杂质加到半导体中会产生许多缺少电子的空穴（空位），这种半导体叫空穴型半导体（也叫p型半导体）。晶体二极管是由具有不同导电性能的n型半导体和p型半导体结合形成的p-结所构成的。它有正、负两个电极，正极由p型半导体引出，负极由n型半导体引出，如图（a）所示。p-n结具有单向导电的特性，常用图（b）所示的符号表示。关于p-n结的形成和导电性能可作如下解释。如图（a）所示，由于p区中空穴的浓度比n区大，空穴便由p区向n区扩散；同样，由于n区的电子浓度比p区大，电子便由n区向p区扩散。在交界处随着扩散的进行，p区空穴减少，出现了一层带负电的粒子区（以表示）；n区的电子减少，出现了一层带正电的粒子区（以表示）。结果在p型与n型半导体交界面的两侧附近，形成了带正、负电的薄层区，称为p-n结。这个带电薄层内的正、负电荷产生了一个电场，其方向恰好与载流子（电子、空穴）扩散运动的方向相反，使载流子的扩散受到内电场的阻力作用，所以这个带电薄层又称为阻挡层。当扩散作用与内电场作用相等时，p区的空穴和n区的电子不再减少，阻挡层也不再增加，达到动态平衡，这时二极管中没有电流。如图（b）所示，当p-n结加上正向电压（p区接正，n区接负）时，外电场与内电场方向相反，因而削弱了内电场，使阻挡层变薄。这样，载流子就能顺利地通过p-n结，形成比较大的电流。所以，p-n结在正向导电时电阻很小。如图（c）所示，当p-n结加上反向电压（p区接负，n区接正）时，外电场与内电场方向相同，因而加强了内电场的作用，使阻挡层变厚。这样，只有极少数载流子能够通过p-n结，形成很小的反向电流。所以p-n结的反向电阻很大。图3.2-3p-n结的形成和单向导电特性四、实验步骤1、测绘金属膜电阻的伏安特性曲线采用阻值约为200欧姆的电阻，在其上加电压0-1.5V，测出电压每变化0.2V时的电流值。内电场方向扩散运动方向T内电场方向夕卜电场方向F反向电流（很小）内电场方向外电场方向正向电流（较大）(a)(b)(c)#要求，用万用表粗测电阻、电流表、电压表适合测量档位的阻值，根据误差理论设计电路。将电压调为零，改变加在电阻上的电压方向，取电压为0-(-1.5)V,测出电压每变化0.2V时的电流值。以电压为横坐标，电流为纵坐标，绘出金属膜电阻的伏安特性曲线。2、测绘晶体二极管的伏安特性曲线测量之前，先记录所用二极管的型号（为测出反向电流的数值，采用锗管）和主要参数（即最大正向电流和最大反向电压），再判别二极管的正、负级。为了测得晶体二级管的正向特性曲线，可按照图3.2-6所示的电路联线。图中R为保护晶体二级管的限流电阻，电压表的量限取1伏左右。经教师图3.2-6测晶体二极管正向伏安特性电路图3.2-7测晶体二极管反向伏安特性电路检查线路后，接通电源，缓慢地增加电压，例如，取0.00V、0.10V、0.20V、（在电流变化大的地方，电压间隔应取小一些）读出相应的电流值。最后断开电源。为了测得反向特性曲线，可按图3.2-7联接电路。将电流表换成微安表，电压表换接比1伏大的量限，接上电源，逐步改变电压，例如取0.00V、1.00V、2.00V、,读取相应的电流值。确认数据无错误和遗漏后，断开电源，拆除线路。以电压为横轴，电流为纵轴，禾U用测得的正、反向电压和电流的数据，绘出晶体二极管的伏安特性曲线。由于正向电流读数为毫安，反向电流读数为微安，在纵轴上半段和下半段坐标纸上每小格代表的电流值可以不同，但必须分别标注清楚。注意事项：测晶体二极管正向伏安特性时，毫安表读数不得超过二极管允许通过的最大正向电流值。测晶体二极管反向伏安特性时，加在晶体管上的电压不得超过管子允许的最大反向电压。操作的综合性1、万用表、电流表、电压表的使用2、对二极管的参数理解和应用；根据金属膜电阻的彩色环判别阻值的初步知识。3、误差理论在实际中的应用（正确设计电路）4、正确做出实验曲线，以及利用实验曲线如何求电阻值。