非线性元件的伏安特性

【一】 实验目的

电路中有各种电学元件，如碳膜电阻、线绕电阻、晶体二极管和三极管、光敏和热敏元件等。人们常需要了解它们的伏安特性，以便正确的选用它们。通常以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压—电流关系曲线，叫做该元件的伏安特性曲线。如果元件的伏安特性曲线是一条直线，说明通过元件的电流与元件两端的电压成正比，则称该元件为线性元件（例如碳膜电阻）；如果元件的伏安特性曲线不是直线，则称其为非线性元件（例如晶体二极管、三极管）。本实验通过测量二极管的伏安特性曲线，了解二极管的单向导电性的实质。 【二】 实验装置

直流稳压电源、直流电压表2个、直流电流表2个、滑线变阻器、待测二极管、开关、导线等。

注意事项：

1． 为保护直流稳压电源，接通或断开电源前均需先使其输出为零；对输出调节旋钮的调节

必须轻而缓慢。

2． 更换测量内容前，必须使电源输出为零，然后再逐步增加至需要值，以免损坏元件。 3． 测定2AP型锗二极管的正、反向伏安特性曲线时，注意正向电流不要超过20mA，反向

电压不要超过25V。

4． 开始实验时，作为分压器的滑线变阻器的滑动触头C应置于使输出电压为最小值处。

【三】 实验原理

晶体二极管是常见的非线性元件，其伏安特性曲线如图1所示。

当对晶体二极管加上正向偏置电压，则有正向电流流过二极管，且随正向偏置电压的

增大而增大。开始电流随电压变化较慢，而当正向偏压增到接近二极管的导通电压（锗二极管为0.2左右，硅二极管为0.7左右时），电流明显变化。在导通后，电压变化少许，电流就会急剧变化。

当加反向偏置电压时，二极管处于截止状态，但不是完全没有电流，而是有很小的反向电流。该反向电流随反向偏置电压增加得很慢，但当反向偏置电压增至该二极管的击穿电

压时，电流剧增，二极管PN结被反向击穿。

二极管一般工作在正向导通或反向截止状态。当正向导通时，注意不要超过其规定的额定电流；当反向截止时，更要注意加在该管的反向偏置电压应小于其反向击穿电压。但是，稳压二极管却利用二极管的反向击穿特性而恰恰工作于反向击穿状态。本实验用伏安法测定二极管的伏安特性，测量电路如图2所示。

测定二极管的电压与电流时，电压表与电流表有两种不同的接法。如图2，电压表接A、D两端叫做电流表外接；电压表接A、D′端叫做电流表内接。电流表外接时，其读数为流过二极管的电流ID与流过电压表电流IV之和，即测得的电流偏大；电流表内接时，电压表读数为二极管电压VD与电流表电压VA之和，即测得的电压偏大。因此，这两种接法都有测量误差。这种由于电表接入电路而引起的测量误差叫做接入误差。接入误差是系统误差，只要知道电压表的内阻RV或电流表的内阻RA，就可以把接法造成的测量误差算出来，然后选用测量误差较小的那种接法。电流表外接，造成的电流测量误差为：

IDIVRDIDIDRV

电流表内接，造成的电压测量误差为：

VDVARAVDVDRD

其中RD、RV、RA、分别是二极管的内阻，电压表的内阻和电流表的内阻。测量时究竟选用

哪种接法，要看RD、RV、RA的大小而定。显然，若RD/RV ＞RA/RD应选用电流表内接，反之则选用电流表外接。

【四】 实验内容

1.用逐点测试法测二极管的正向特性

（1）按图（1）正确连接电路，其中二极管是硅管4007，电位器RP是1KΩ。电流的量程是10mA。

（2）调节直流稳压电源，使其输出为5V加上电路。

（3）调节RP使二极管两端的电压UD（用万用表监测）按表（1）的数值变化，每调一个

电压，观察电路中的电流表的变化，结果填入下表(1)中。

表(1)二极管的正向特性测试

UD（V） ID（mA） 2. 用逐点测试法测二极管的反向特性

(1) 根据图(2)正确接线，其中电流表是±100μA，注意二极管要按反接。 （2）调节稳压电源为20V，然后接入电路。

（3）调节RP按表（2）所给的电压规律变化（用万用表监测，注意监测位置），每调一个电压，观察微安表的读数ID的变化。结果填入表（2）中。

表（2）二极管的反向特性测试

UD（V） ID（μA）

3. 根据理1和2测得的结果，在同一坐标系中画出二极管的正反、向伏安特性曲线。 【五】 试验结论

【六】 思考题

1.伏安特性曲线的斜率的物理意义是什么？

2. 在测定二极管反向特性时，有同学发现所加电压还不到1伏，微安表指示已超量程。你认为原因是什么？