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实验七_线性和非线性电学元件伏安特性的测量..doc

发布:2017-01-19约字共9页下载文档
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实验七 线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线 电阻是电学中常用的物理量。利用欧姆定律求导体电阻的方法称为伏安法,它是测量电阻的基本方法之一。 为了研究材料的导电性,通常作出其伏安特性曲线,了解它的电压与电流的关系。伏安特性曲线是直线的元件称为线性元件,伏安特性曲线不是直线的元件称为非线性元件。这两种元件的电阻都可用伏安法测量。但由于测量时电表被引入测量线路,电表内阻必然会影响测量结果,因而应考虑对测量结果进行必要的修正,以减少系统误差。 【实验目的】 通过对线性电阻伏安特性的测量,学习正确选择和使用伏安法测电阻的两种线路。 通过对二极管伏安特性的测量,了解非线性电学元件的导电特性。 习按电路图正确地接线,掌握限流电路和分压电路的主要特点。 学会用作图法处理实验数据。 【实验仪器】 欧姆定律实验盒 直流稳压电源 滑线变阻器(2个) 单刀开关 数字电流表 数字电压表 保护电阻 【实验原理】 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。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R =V/I。 常用的半导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。为了了解半导体二极管的导电特性,下面对它的结构和电学性能作一简单介绍。 I(mA) + - 图1 线性电阻的伏安特性 图2 半导体二极管的p-n结和表示符号 半导体二极管又叫晶体二极管。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)。 半导体二极管是由两种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-n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2(a)所示。p-n结具有单向导电的特性,常用图2(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3(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。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。 内电场方向 内电场方向 内电场方向 扩散运动方向 外电场方向 外电场方向 正向电流(较大) 反向电流(很小) (a) (b) (c) 图3 p-n结的形成和单向导电特性 如图3(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3(c)所示,当p-n结加上反向电压(p区接负,n区接正)时,外加
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