不同元件的伏安特性曲线(精)
线性与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一、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，该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VR。
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。
下面对它的结构和电学性能作一简单介绍。
图1线性电阻的伏安特性图2晶体二极管的p-n结和表示符号晶体二级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。
图3 p-n结的形成和单向导电特性如图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Ө表示)；n区的电子减少，出现了一层带正电的粒子区(以⊕表示)。
电阻定律伏安特性曲线
电阻定律
1、内容：
同种材料的导体,其电阻R与它的长
度L成正比,与它的横截面积S成反比；
导体电阻与构成它的材料有关。
2、表达式:
R l
S
是比例常数，它与导体的材料有
关，是一个反映材料导电性能的物理 量，称为材料的电阻率。
电阻率()
1、反映材料导电性能的物理量 2、单位：欧姆·米 Ω·m 3、纯金属的电阻率小，合金的电阻率大 4、金属导体的电阻率随温度的升高而增大
锰铜合金和镍铜合金的电阻率随温度变化极小， 利用它们的这种性质，常用来制作标准电阻。
超导现象:有些物质当温度降低到绝对零度附近 时它们的电阻率会突然变为零。
半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间，电阻 率随温度的升高而减小，导电性能由外界条件所控制， 如改变温度、光照、掺入微量杂质等。
1．下列关于电阻率的叙述，错误的是 [ ] A．当温度极低时，超导材料的电阻率会突然
减小到零
B．常用的导线是用电阻率较小的铝、铜材料 做成的
C．材料的电阻率取决于导体的电阻、横截面 积和长度
D．材料的电阻率随温度变化而变化
4．一根阻值为R的均匀电阻丝，长为L，横截面积 为S，设温度不变，在下列哪些情况下其电阻值 仍为R？ [ ]
A．当L不变，S增大一倍时 B．当S不变，L增大一倍时
D．当L和横截面的半径都增大一倍时。
2．一粗细均匀的镍铬丝，截面直径为d，电阻为R。 把它拉制成直径为d／10的均匀细丝后，它的电阻 变为（ ）
A．R／1000 B．R／100 C．100R D．10000R
伏安特性曲线：导体的 I—U 图线
伏安特性曲线是研究导体电流和电 压关系的重要工具。
若导体的伏安特性曲线是过原点的直线， 则这种元件称为线性元件。
电子元件伏安特性的测定
• 针式仪表读数要读到有效位数（要估读1位）。
电子元件伏安特性的测定
伏安特性； • 实验原理； • 测量方法。
一、伏安特性
1.线性电阻:电阻值是一 常 数 ,I—U 特 性 曲 线 为一直线.
2.非线性电阻元件（如 二极管）:电阻值变 化， R dU dI I—U曲线为曲线。
二、测量原理
1.基本思路：伏安测量法，Rx测
U I
目标：减少测量时电压表分流、电流表分
B）误差：很小，不存 在分流，又不存在分 压。
C）选择：任何电阻
均可用此法测量，当 较复杂。
补偿法测电阻
三、实验方法
1.实验板使用方法 2.电流表内、外接法的选择
电流表内接法： 电流表外接法：
RX RARV RX RARV
3.电表量程的选择和内阻的计算
• 电压表内阻：RV =每伏欧姆数（Ω/V）×量程。 • 电流表的内阻RA：查附录Ⅰ电表参数表。 • 常若电表的读数小于满刻度的1/3，应更换量
压产生的误差。
2. 伏安特性曲线测量的三种方法
• 电流表内接法
• 电流表外接法
• 补偿法
（1）电流表内接法
A）电路：
B）误差：偏大
U=IRx+IRA ，
Rx测
U I
I(Rx RA) I
R x RA
E内
Rx测 Rx
Rx
100%
RA 100% Rx
C）选择：当Rx>>RA时， 相对误差较小，可用 内接法测量。
内接法测电阻
（2）电流表外接法 A）电路： B）误差：偏小
Rx测
U ILeabharlann U IV IRU(
U 1
1
物理欧姆定律以及伏安特性曲线
在导体的两端加上电压，导 体中才有电流，那么，导体中 的电流跟导体两端的电压有什 么关系呢？
数据记录
导体 电压（V） 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 U/I
B 电流（A） 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
5
A 电流（A） 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
三、导体的伏安特性
1．伏安特性曲线：导 体中的电流I随导体两 端的电压U变化的图 线，叫做导体的伏安 特性曲线，如图所示 ：
图线斜率的倒数表示电阻．
三、伏安特性曲线(I-U图线)
1、伏安特性曲线(I-U图线):
导体中的电流I随导体两端的 电压U变化的图线
I
B
图线斜率的物
理意义是什么？
A
U 电阻的倒数
O
比较
导体 电压（V） 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 U/I B 电流（A） 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 5 A 电流（A） 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 10
U
AI
B
O
U-I图线
B
I
O
A U
I-U图线
练习5、有四个金属导体，它们的伏安性
曲线分别是图中的 a 、b 、c 、d ，则电
阻最大的（
）
A．a B．b C．c D．d
2、右图为两个导体的伏ຫໍສະໝຸດ 安特性曲线，求R1
R1：R2
（2）两电阻串联在电路
中，导体两端的电压比
R2
U1：U2
（3）若并联在电路中，
电流之比I1：I2
（1）1:3 （2）1:3 （3） 3:1
伏安特性图
第3节电阻、电容、电感元件及其特性在我们研究的电路中一般含有电阻元件、电容元件、电感元件和电源元件（如图1.11所示），这些元件都属于二端元件，它们都只有两个端钮与其它元件相连接。
其中电阻元件、电容元件、电感元件不产生能量，称为无源元件；电源元件是电路中提供能量的元件，称为有源元件。
上述二端元件两端钮间的电压与通过它的电流之间都有确定的约束关系，这种关系叫作元件的伏安特性。
该特性由元件性质决定，元件不同，其伏安特性不同。
这种由元件的性质给元件中通过的电流、元件两端的电压施加的约束又称为元件约束。
用来表示伏安特性的数学方程式称为该元件的特性方程或约束方程。
1．3．1 电阻元件及欧姆定律1．电阻元件的图形、文字符号电阻器是具有一定电阻值的元器件，在电路中用于控制电流、电压和控制放大了的信号等。
电阻器通常就叫电阻，在电路图中用字母“R”或“r”表示，电路图中常用电阻器的符号如图1．1２所示。
电阻器的SI（国际单位制）单位是欧姆，简称欧，通常用符号“Ω”表示。
常用的单位还有“KΩ”“MΩ”，它们的换算关系如下：1MΩ=1000KΩ=1000000Ω电阻元件是从实际电阻器抽象出来的理想化模型，是代表电路中消耗电能这一物理现象的理想二端元件。
如电灯泡、电炉、电烙铁等这类实际电阻器，当忽略其电感等作用时，可将它们抽象为仅具有消耗电能的电阻元件。
电阻元件的倒数称为电导，用字母G表示，即电导的SI单位为西门子，简称西，通常用符号“S”表示。
电导也是表征电阻元件特性的参数，它反映的是电阻元件的导电能力。
2．电阻元件的特性电阻元件的伏安特性，可以用电流为横坐标，电压为纵坐标的直角坐标平面上的曲线来表示，称为电阻元件的伏安特性曲线。
如果伏安特性曲线是一条过原点的直线，如图1．1３（a）所示，这样的电阻元件称为线性电阻元件，线性电阻元件在电路图中用图1．1３（b）所示的图形符号表示。
在工程上，还有许多电阻元件，其伏安特性曲线是一条过原点的曲线，这样的电阻元件称为非线性电阻元件。
伏安特性曲线
某一个金属导体，在温度没有显著变化时，电阻是不变的，它的伏安特性曲线是通过坐标原点的直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。
因为温度可以决定电阻的大小。
欧姆定律是个实验定律，实验中用的都是金属导体。
这个结论对其它导体是否适用，仍然需要实验的检验。
实验表明，除金属外，欧姆定律对电解质溶液也适用，但对气态导体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体）和半导体元件并不适用。
也就是说，在这些情况下电流与电压不成正比，这类电学元件叫做非线性元件。
研究小灯泡伏安特性曲线方法:【目的和要求】通过实验绘制小灯泡的伏安曲线，认识小灯泡的电阻和电功率与外加电压的关系。
【仪器和器材】学生电源（J1202型或J1202－1型），直流电压表（J0408型或J0408－1型），直流电流表（J0407型或J0407－1型），滑动变阻器（J2354－1型），小灯泡（6．3伏、0．3安或6伏、3瓦），小灯座（J2351型），单刀开关（J2352型），导线若干。
实验方法伏安法1．连接电路，开始时，滑动变阻器滑片应置于最小分压端，使灯泡上的电压为零。
2．接通开关，移动滑片C，使小灯泡两端的电压由零开始增大，记录电压表和电流表的示数。
3．在坐标纸上，以电压U为横坐标，电流强度I为纵坐标，利用数据，作出小灯泡的伏安特性曲线。
4．由R=U/I计算小灯泡的电阻，将结果填入表中。
以电阻R为纵坐标，电压U为横坐标，作出小灯泡的电阻随电压变化的曲线。
5．由P=IU计算小灯泡的电功串，将结果填入表中。
以电功率P为纵坐标，电压U为横坐标，作出小灯泡电功率随电压变化的曲线。
6，分析以上曲线。
实验原理由于小灯泡钨丝的电阻随温度而变化，因此可利用它的这种特性进行伏安特性研究。
实验中小灯泡的电阻等于灯泡两端的电压与通过灯泡电流的比值。
改变小灯泡两端的电压，测出相应的电流值，可以得到小灯泡的电阻、电功率与外加电压的关系。
注意事项：1．由于小灯泡电阻为几欧－几十欧，测小灯泡的电阻宜用电流表外接法。
元件伏安特性的研究(精)
； ；
内阻 内阻
。 。
直流电压表的使用
直流电压表是由表头和一高电阻串联而成，用于测量电路中两点 间电压的大小．它的主要技术指标有： 1、量程 即指针偏转满刻度时的电压值。直流电压表分伏特表、毫伏表 等，一般为多量程的。 2、内阻 即电表两端间的电阻同一电压表的不同量程，其内阻亦不同。 但是，由于各量程的每伏欧姆数都相同，所以电压表的内阻一般用 Ω /V统一表示。各量程的内阻可用下式计算： 内阻 = 量程×每伏欧姆数
1、零点调整 测量前，先检查电表指针是否指零。如不指零，用改锥细心 地调节零点调整螺丝，使指针指零。 2、选择量程 根据待测电流（或电压）的大小，选择合适量程的电流表（或 电压表）进行测量。如果选择的量程小于电路中的电流（或电压）值，会 使电表损坏；如果选择量程太大的表，指针偏转角度太小，读数就不准确。 若测量值的范围不知，应先选用大量程的表试测，再根据试测值，选用合 适的量程，尽量使指针指示在满量程的三分之二以上。 3、电表的连接 电流表必须串联在待测电路中；电压表必须与被测电压的两 端并联。
图2-8
【
实 验 步 骤
】
二、测绘 晶体二极管 伏安特性曲线
1、测二极管的正向伏安特性 按图2-9电路接线，图中R为二极管的限流电阻， 电压表量程取1V左右，电压从零缓慢地增加，每隔0.10V读数一次，将相应 的电压、电流值记入表2-2中。（当电流值变化较快时，应增加测量点） 2、测二极管的反向伏安特性 按图2-10电路接线，将毫安表换成微安表，电 压表取比1V大的量程。调节变阻器的滑动端C，逐步增大电压，从零开始每 隔1V读数一次，将相应的电压、电流值记入表2-2中。 3、以电压U为横坐标，电流I为纵坐标，作二极管的正、反向伏安特性曲线。 由于正向电流读数为mA，反向电流读数为μ A，在纵坐标的上半段和下半段 坐标纸每小格代表的电流值可以不同，但必须分别标清楚。
测量非线性元件的伏安特性
稳压管反向击穿后，电流变化很大， 但其两端电压变化很小，利用此特性， 稳压管在电路中可起稳压作用。
UZ
反向
O
IZmin
IZ
IZmax
主要参数： UZ——稳压值 IZmin——最小稳压电流 IZmax——最大稳压电流
+
R0 U DZ
-
UZ 稳压
5、二极管伏安特性测量
测量二极管伏安特性应如何连接测量电路？
U Rx R A I
外接法：RV存在，使电流表测量值I≠IRx , 测出来的电阻Rx测： Rx测
所以有误差：
Rx2 Rx Rx测 Rx , Rx RV
Rx RV U I Rx RV
Rx Rx （相对误差） Rx Rx RV
（3）测量接法的选择
测二极管反向伏安特性
6、作出I~U曲线图 以电压为横轴，电流为纵轴，利用测得的正、 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，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： 1.测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。 2.测晶体二极管反向伏安特性时，加在二极管上 的电压不得超过管子允许的最大反向电压。 实验时，如果违反上述任一条规定，都将会损坏 二极管。
测量非线性元件的伏安特性
1、测量元件的伏安特性 （1） 元件的伏安特性
线性元件——I～U特性曲线是一条直线
非线性元件——I～U特性曲线是一条曲线
I
O 线性电阻伏安特性曲线
I
A
B
U
C D
O