大学物理实验伏安特性的测定课件.ppt

独立思考，勇于探索,大胆动手提高实验操作能力！提高独立自主实验能力！,实验背景知识回顾,物理实验教程 85-90页，丁慎训、张连芳 主编,乔治西蒙欧姆(Georg Simon Ohm,17871854年),他是德国物理学家。生于巴伐利亚埃尔兰根城。欧姆的父亲是一个技术熟练的锁匠，对哲学和数学都十分爱好。欧姆从小就在父亲的教育下学习数学并受到有关机械技能的训练，这对他后来进行研究工作特别是自制仪器有很大的帮助。欧姆的研究，主要是在18171827年担任 中学物理教师 期间进行的。,在同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻阻值成反比，这就是欧姆定律，基本公式是I=U/R。欧姆定律由乔治西蒙欧姆提出，为了纪念他对电磁学的贡献，物理学界将电阻的单位命名为欧姆，以符号 表示。,背景知识回顾？,背景知识回顾？,戴维南定理(Thevenin theorem),戴维南(Thevenin、法国)，1883年提出：可将任一复杂的集总参数含源线性时不变二端网络等效为一个简单的二端网络(戴维南定理)。,定义：任何一个线性含源二端网络，对外部电路而言，总可以用一个理想 电压源和电阻 相串联的有源支路来代替，如图所示。理想电压源的电压等于原网络端口的开路电压Uoc，其电阻等于原网络中所有独立电源为零时输入端等效电阻Ro。,伏安特性 电学中常用的一种基本测量方法,电路中有各种电学元件，如线性电阻、半导体二极管和三极管，以及光敏、热敏和压敏元件等。人们常需要了解这些元件的伏安特性，对正确地使用它们是至关重要的。,利用滑线变阻器的分压接法，通过电压和电流表正确地测出它们的电压与电流的变化关系 称为伏安特性测量（简称：伏安法）。,伏安法实验？,电压 U、电流 I、电阻 R,线性电阻（常数值）,伏安特性 研究通过电学元件的电流随外加电压的变化关系,电阻是常数，其值与按欧姆定律定义的直流电阻相等。,有非线性电阻吗？,非线性电阻（动态值）,若电阻元件的伏安特性曲线呈直线，称为线性电阻；若呈曲线，称为非线性电阻。非线性伏安特性所反映出来的规律总是与一定的物理过程相联系的。利用非线性元件的特性可以研制各种新型的传感器、换能器，在温度、压力、光强等物理量的检测和自动控制方面都有广泛的应用。对非线性电阻特性及规律的研究，有助于加深对有关物理过程、物理规律及其应用的理解和认识。,各种非线性元件（照明电珠，整流二极管，稳压二极管，发光二极管，光敏二极管，热敏电阻，硅光电池，低压氖泡等）。,微分电阻(非线性电阻),1)压敏电阻(防雷电)，消磁电阻(电视机),气敏电阻(烟雾探测)，热敏电阻、光敏电阻。2)二极管、太阳能电池、ZnO陶瓷材料、线性电阻与运算放大器构成非线性电阻。,非线性电阻伏安特性曲线上某点切线的斜率，称为此电阻在该点的动态电阻。而非线性电阻的动态电阻与直流电阻是不同的，非线性电阻的动态电阻是变量，是状态函数。,有电阻 R0 的情况吗？,负阻器件的伏安特性,正阻抗特性 呈现电阻的性质:随着电压的增大，电流增大。,负阻抗特性 呈现负电阻的性质:随着电压的增大，电流减小。,微分电阻可正可负的器件主要优点是：可用较少数量的器件完成相当的功能。,负阻器件的研发历史及应用,1918年 A.W.Hull发明第一个负阻器件(打拿负阻管Dynatron)算起，到今天为止，负阻效应(Dynatron Effect)在元器件和负阻电路中的研发已经跨越了90多年。,例如：可控硅在导通的瞬间两端的电压是急剧下降的，而电流 是急剧上升的，与普通的电阻正好相反，所以叫做“负阻”。例如：ZnO陶瓷材料也具有负阻特性。例如：线性电阻与运算放大器构成非线性电阻。,微波电路、功率模块、阻抗变换器等,实验内容、基本要求,实验目的掌握电学元件伏安特性测量的基本方法学会分析伏安法测量的电表接入误差,正确选择测量电路。掌握正确使用电学测量仪器,实验内容分压电路的调节特性两种线路对比，测量两个电阻（100、12K)二极管的正反向伏安特性曲线测量(预画线路图、修正作图)戴维南定理的实验验证（测未知网络伏安特性）,物理实验教程81-83页，丁慎训、张连芳 主编,电磁学实验基本仪器,伏安特性测量实验仪器,物理实验教程81-83页，丁慎训、张连芳 主编,熟悉指针式电表的结构、规格、误差,物理实验教程81-83页，丁慎训、张连芳 主编,磁电式(直流)电表内部结构图,电磁式(交直流)电表内部结构图,交流电流表与电压表的区别是，电流表的线圈导线粗，圈数少，电压表的线圈导线细，圈数多，有的还有附加电阻。,电动式(交直流)电表内部结构图,六位十进式电阻箱的调节范围为 0-99999.9,准确度等级为 0.1,电阻箱 由较准确的电阻元件组成，拧动旋钮可以调节电阻值。,如果用0和0.9的两个接线端，则阻值范围为0-0.9如果用0和9.9的两个接线端，则阻值范围为0-9.9,实验中的关键技术(概念),在测量电学元件的伏安特性线路中有电流表内接和电流表外接两种接法。不管那种接法，由于电压表、电流表都有一定的内阻(分别设为 RV 和RI)存在,致使电压和电流的测量欠准确，造成系统误差，所测电阻值需要修正。,1.考虑电流表和电压表的内电阻2.电流表选择内、外接的原则3.考虑电流表和电压表的量程选择,电流表内接或外接(已定系统误差的修正),当待测电阻R很大时，电流表宜内接,当待测电阻 R 较小时，电流表宜外接,简化模式,若不符合上述条件须用严格公式3.1.4a(内接)，3.1.4b(外接),内接,外接,研究分压器电路特性,注意使用分压器调整电源的输出电压,两种线路对比研究(12K),电压表满量程,其中一块表要达到满量程。,两种线路对比研究(100),其中一块表要达到满量程。,二极管伏安特性测量 注意：电压表量程、电流表内外接的选择,二极管 正反向 伏安特性,正向测量选择电压表量程0.75V,电流表量程5mA,反向测量选择电压表量程3V,二极管正向电阻比较小，电流表外接，其中电压值测量相对准确，而电流值测量不准确，电流需要修正：,二极管反向电阻比较大，电流表内接，其中电流值测量相对准确，而电压值测量不准确，电压需要修正：,二极管伏安特性测量 电压表量程、电流表内外接、电流、电压修正,二极管 正向伏安特性电压表选择 0.75V 量程,电流表量程5mA,二极管 反向伏安特性电压表选择 3V 量程,电流表量程5mA,应以变化快的量为自变量选取测量点,应用戴维南定理必须注意,(1)戴维南定理只对外电路等效，对内电路不等效。也就是说，不可应用该定理求出等效电源电动势和内阻之后，又返回来求原电路(即有源二端网络内部电路)的电流和功率。(2)应用戴维南定理进行分析和计算时，如果待求支路后的有源二端网络仍为复杂电路，可再次运用戴维南定理，直至成为简单电路。(3)戴维南定理只适用于线性的有源二端网络。如果有源二端网络中含有非线性元件时，则不能应用戴维南定理求解,验 证 测 试 示 意 图,戴维南定理的验证,取负载电阻 R=200、1k的 U、I值，修正后计算 Ee、Re。连接等效电源 Ee、Re，测量U、I 验证。,改变负载电阻R(合理选择，使测点在 U-I 图中合理分布)，测量电压U和电流 I。用修正后的数据拟合求 Ee、Re。,如何测量二极管正反向伏安特性？如何验证戴维南定理？,我要纠错？,实验中 勤思考切勿产生浮躁的情绪,