实验5：电阻元件伏安特性的测量

电阻元件伏安特性的测量

目标

1. 掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性(VCR)的逐点测试法

2. 学习直流电源、直流电压表、直流电流表的使用方法

3. 学习Circuit JS仿真分析

仪器仪表

仪器	元器件	工具
直流电压源	- 200Ω 电阻(1/4W)×1	- 面包板
直流数字电压表	- 1kΩ 电阻(1/4W)×1	- 导线
直流数字电流表	- 5.1V 稳压二极管×1

仿真工具

Circuit JS

理论

电路中每一个元件的VCR是研究元件特性的基础，它连同基尔霍夫定律就构成了集总电路分析的基础。通过实验可以测得元件的VCR，从而了解元件的特性。

任一二端电阻元件的特性可用该元件上的端电压V与通过该元件的电流I之间的函数关系I = f(V)来表示，即用I ~ V平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该电阻元件的伏安特性曲线。根据伏安特性的不同，电阻元件可分为两大类：线性电阻和非线性电阻。线性电阻元件的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1中的a所示，该直线的斜率只由电阻元件的电阻值R决定，其阻值为常数，与元件两端的电压V和通过该元件的电流I无关；非线性电阻元件的伏安特性是一条经过坐标原点的曲线，其阻值R不是常数，即在不同的电压作用下，电阻值是不同的，常见的非线性电阻如白炽灯丝、普通二极管、稳压二极管等，它们的伏安特性如图1中的b和c所示。在图1中，V > 0的部分称为正向特性，V < 0的部分称为反向特性。

绘制伏安特性曲线通常采用逐点测试法，即在不同的端电压作用下，测量出相应的电流，然后逐点绘制出伏安特性曲线，根据伏安特性曲线便可计算其电阻值。

图1：电阻元件的伏安特性曲线

Circuit JS仿真

测定线性电阻的伏安特性：

图2：测定线性电阻的伏安特性

测定稳压二极管的伏安特性：

图3：测定稳压二极管的伏安特性

实验

1.测定线性电阻的伏安特性

按照图4，在面包板上，插好元件。图中的电源V1为直流电源，通过直流数字电流表与1kΩ被测线性电阻R1相连，电阻两端的电压用直流数字电压表测量。

图4：测定线性电阻的伏安特性电路 图5：测定线性电阻的伏安特性

改变直流电源V1的输出电压V。V1从0伏开始，按照表1所示电压逐步地增加，并在表1中记下相应的电压表和电流表的读数。

表1：线性电阻伏安特性数据

V/V	0	2	4	6	8	10
I/mA

2.测定稳压二极管的伏安特性

按照图6，在面包板上插好元件。R1为限流电阻，取200Ω。D1为5.1V稳压二极管。

图6：测定稳压二极管的伏安特性电路 图7：测定稳压二极管的伏安特性

仿照测定线性电阻伏安特性的方法，改变直流电源V1的输出电压V。特别注意的是，测稳压二极管的正向特性时，其正向电流不得超过10mA，二极管D1的正向压降可在0 ~ 0.75V之间取值。特别是在0.5 ~ 0.75V之间应多取几个测量点；测反向特性时，将电源V1的输出端正、负连线互换。

调节V1的输出电压V，从0伏开始逐步地增加，将数据分别记入表2和表3中。

表2：稳压管正向特性实验数据

V/V	0	0.2	0.4	0.45	0.5	0.55	0.60	0.65	0.70
I/mA

表3：稳压管反向特性实验数据

U/V	0	-1	-2.5	-4.0	-4.5	-4.8	-5.1	-5.3	-5.5
I/mA

注意事项：

1）在实际测量时，直流电源的输出电压V应由0逐渐增加，应时刻注意电压表和电流表的示数，不能超过规定值。

2）测量中，随时注意电流表示数，及时更换电流表量程，勿使仪表超量程。

实验要求：

1）根据实验数据，分别在方格纸上绘制出各个电阻的伏安特性曲线。

2）根据伏安特性曲线，计算线性电阻的电阻值，并与实际电阻值比较。

3）记录Circuit JS仿真曲线，并与逐点绘制的伏安特性曲线比较。

练习

设计一种只用电压表测量电阻伏安特性的方法。

参考答案：

选择一个电流采样电阻R1，并测量其阻值，然后将R1与被测电阻R2串联，接入电路中，如图所示。分别测出V1和V2，即可求出流过R2的电流I。改变电源V的值，可得到几组V2和I的值，据此可画出R2的伏安特性曲线。

图8：测定电阻的伏安特性电路

Circuit JS仿真：

图9：测定电阻的伏安特性仿真电路