大学物理实验报告（清华大学）实验3.1电学元件伏安特性的测量实验报告.doc

清 华 大 学 实 验 报 告 系别：机械工程系 班号： 机械51班 姓名：邹 诚 （同组姓名： ） 作实验日期2006年10月16日 教师评定： 一、实验目的 （1）、了解分压器电路的调节特性； （2）、掌握测量伏安特性的基本方法、线路特点及伏安法测电阻的误差估算； （3）、学习按回路接线的方法； （4）、初步了解戴维南定理的内容。 二、实验原理 1.分压电路及其调节特性 1. 分压电路的接法（如图所示） 图中B端电位最低，C端电位较高，CB间的分压大小U随滑动端C的位置改变而改变，U值可用电压表来测量。变阻器的这种接法通常称为分压器接法。分压器的安全位置一般是将C滑至B端，这时分压为零。 2.分压电路的调节特性 根据欧姆定律得到的分压公式为：,其中各项均对应于上图中的各项。理想情况下，即当时，，分压U与组值成正比，亦即随着滑动端C从B滑至A，分压U从零到E线形地增大。当不是比R大很多时，分压电路输出电压就不再与滑动端的位移成正比了。 2. 电学元件的伏安特性 在某一电学元件两端加上直流电压，在元件内就会有电流通过，通过元件的电流与其端电压之间的关系成为电学元件的伏安特性。一般以电压为横坐标，电流为纵坐标做出元件的电压-电流关系曲线，成为该元件的伏安特性曲线。 电学元件按其伏安特性进行分类： 线形元件：碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等电学元件，在通常情况下，通过元件的电流与加在元件两端的电压成正比，即其伏安特性曲线为一通过原点的直线。 非线性元件：半导体二极管、稳压管、热敏电阻等元件，通过元件的电流与加在元件两端的电压不成线形关系变化，其伏安特性为一曲线。 线形元件的伏安特性 某非线性元件的伏安特性 3.实验线路的比较与选择 用伏安法测量电阻R的伏安特性的线路中，常有两种接法，即图中的电流表内接和电流表外接两种方法。电压表和电流表都是有一定的内阻（分别设为和）。简化处理时可直接用电压表读数U除以电流表读数I来得到被测电阻值R，即，但这样会引进一定的系统性误差。可用以下公式进行修正： 电流表内接时，电压表读数比电阻端电压值大： 电流表外接时，电流表读数比电阻R中流过的电流值大： 测量电阻伏安特性的电路图 （a）电流表内接；（b）电流表外接 估算电压或电流的测量不确定度公式： 用简化计算时有： 可见要使电阻测量的准确度高，线路参数的选择应使电表读数尽可能接近满量程。 当电压表（电流表）的内阻值及其不确定度大小已知时，可先计算求得被测电阻值R，再用下列公式更准确地计算R的不确定度： 电流表内接时： 电流表外接时： 注意： 1. 比较和的大小，前者大则选电流表内接法，后者大则选用电流表外接法； 2. 线路参数的选择应是电流读数尽可能接近满量程； 3. 线路方案及参数的选择应使最小。 4. 戴维南定理 戴维南定理是指一个含源二端网络可以用一个恒压源串联一个内阻抗所组成的等效电压源来代替。恒压源为二端网络的开路电压，内阻抗为含源二端网络中所有恒压源被开路后网络两端的总电阻。 有源二端网络 根据戴维南定理，等效电动势和内阻分别为： 三、实验步骤 1. 半定量观察分压电路的调节特性 选用一适当组织的变阻器R接成分压电路，以电阻箱作为外接负载，当取不同比值时，测定并观察输出电压随滑动端位移的变化情况。 2.测电阻 对于阻值约为12kΩ和0.1kΩ的两个电阻，分别用电流表内接和外接法测量，详细记录实验数据。 3.测定半导体二极管正反向伏安特性 1.实验电路图 2.了解被测二极管的规格，不要超过其保护电压。 3.改变分压电阻的阻值，得到读取10组电压表和电流表的值，记录数据。 4.戴维南定理的实验验证 1. 步骤一 将9V电源的输出接到四端网络的输入端上，组成一个有源二端网络，如图所示 框内电路对外部电路来说，可以等效成一个电动势为和内电阻为相串联的简单电路。记录当负载电阻分别为200Ω、300Ω、500Ω、1kΩ、2kΩ、5kΩ、10kΩ时的电压表读数和电流表读数。 实验方法求出等效电动势和等效内阻： （1）课外画出伏安特性曲线，从曲线上求出和； （2）课内选取上面数据中的两组和的值（均已修正电表内阻可能引起的已定系统误差），代入方程组求出和。 2. 步骤二 用上面方法二的实验结果，将可调电源的输出电动势调成的值，将示值为的电阻箱和串联，组成等效电路，测量外电路负载电阻分别为200Ω、1kΩ时的电压、电流值，得出戴维南定理是否正确的结论。 3. 步骤三 实验时记下网络中各个电阻的值，代入 计算出和，将结果和实验结果比较，计算出它们之间