大學物理實驗電學基本引數的測量實驗報告_大學物理實驗報告（清華大學）實驗3.1電學元件伏安特性的測量實驗報告.doc...

清 華 大 學 實 驗 報 告

系別：機械工程系 班號： 機械51班 姓名：鄒 誠 (同組姓名： )

作實驗日期2006年10月16日 教師評定：

一、實驗目的

(1)、瞭解分壓器電路的調節特性；

(2)、掌握測量伏安特性的基本方法、線路特點及伏安法測電阻的誤差估算；

(3)、學習按回路接線的方法；

(4)、初步瞭解戴維南定理的內容。

二、實驗原理

1.分壓電路及其調節特性

1. 分壓電路的接法(如圖所示)

圖中B端電位最低，C端電位較高，CB間的分壓大小U隨滑動端C的位置改變而改變，U值可用電壓表來測量。變阻器的這種接法通常稱為分壓器接法。分壓器的安全位置一般是將C滑至B端，這時分壓為零。

2.分壓電路的調節特性

根據歐姆定律得到的分壓公式為：,其中各項均對應於上圖中的各項。理想情況下，即當時，，分壓U與組值成正比，亦即隨著滑動端C從B滑至A，分壓U從零到E線形地增大。當不是比R大很多時，分壓電路輸出電壓就不再與滑動端的位移成正比了。

2. 電學元件的伏安特性

在某一電學元件兩端加上直流電壓，在元件內就會有電流通過，通過元件的電流與其端電壓之間的關係成為電學元件的伏安特性。一般以電壓為橫座標，電流為縱座標做出元件的電壓-電流關係曲線，成為該元件的伏安特性曲線。

電學元件按其伏安特性進行分類：

線形元件：碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻等電學元件，在通常情況下，通過元件的電流與加在元件兩端的電壓成正比，即其伏安特性曲線為一通過原點的直線。

非線性元件：半導體二極體、穩壓管、熱敏電阻等元件，通過元件的電流與加在元件兩端的電壓不成線形關係變化，其伏安特性為一曲線。

線形元件的伏安特性某非線性元件的伏安特性

3.實驗線路的比較與選擇

用伏安法測量電阻R的伏安特性的線路中，常有兩種接法，即圖中的電流表內接和電流表外接兩種方法。電壓表和電流表都是有一定的內阻(分別設為和)。簡化處理時可直接用電壓表讀數U除以電流表讀數I來得到被測電阻值R，即，但這樣會引進一定的系統性誤差。可用以下公式進行修正：

電流表內接時，電壓表讀數比電阻端電壓值大：

電流表外接時，電流表讀數比電阻R中流過的電流值大：

測量電阻伏安特性的電路圖

(a)電流表內接；(b)電流表外接

估算電壓或電流的測量不確定度公式：

用簡化計算時有：

可見要使電阻測量的準確度高，線路引數的選擇應使電錶讀數儘可能接近滿量程。

當電壓表(電流表)的內阻值及其不確定度大小已知時，可先計算求得被測電阻值R，再用下列公式更準確地計算R的不確定度：

電流表內接時：

電流表外接時：

注意：

1. 比較和的大小，前者大則選電流表內接法，後者大則選用電流表外接法；

2. 線路引數的選擇應是電流讀數儘可能接近滿量程；

3. 線路方案及引數的選擇應使最小。

4. 戴維南定理

戴維南定理是指一個含源二端網路可以用一個恆壓源串聯一個內阻抗所組成的等效電壓源來代替。恆壓源為二端網路的開路電壓，內阻抗為含源二端網路中所有恆壓源被開路後網路兩端的總電阻。

有源二端網路

根據戴維南定理，等效電動勢和內阻分別為：

三、實驗步驟

1. 半定量觀察分壓電路的調節特性

選用一適當組織的變阻器R接成分壓電路，以電阻箱作為外接負載，當取不同比值時，測定並觀察輸出電壓隨滑動端位移的變化情況。

2.測電阻

對於阻值約為12kΩ和0.1kΩ的兩個電阻，分別用電流表內接和外接法測量，詳細記錄實驗資料。

3.測定半導體二極體正反向伏安特性

1.實驗電路圖

2.瞭解被測二極體的規格，不要超過其保護電壓。

3.改變分壓電阻的阻值，得到讀取10組電壓表和電流表的值，記錄資料。

4.戴維南定理的實驗驗證

1. 步驟一

將9V電源的輸出接到四端網路的輸入端上，組成一個有源二端網路，如圖所示

框內電路對外部電路來說，可以等效成一個電動勢為和內電阻為相串聯的簡單電路。記錄當負載電阻分別為200Ω、300Ω、500Ω、1kΩ、2kΩ、5kΩ、10kΩ時的電壓表讀數和電流表讀數。

實驗方法求出等效電動勢和等效內阻：

(1)課外畫出伏安特性曲線，從曲線上求出和；

(2)課內選取上面資料中的兩組和的值(均已修正電錶內阻可能引起的已定系統誤差)，代入方程組求出和。

2. 步驟二

用上面方法二的實驗結果，將可調電源的輸出電動勢調成的值，將示值為的電阻箱和串聯，組成等效電路，測量外電路負載電阻分別為200Ω、1kΩ時的電壓、電流值，得出戴維南定理是否正確的結論。

3. 步驟三

實驗時記下網路中各個電阻的值，代入

計算出和，將結果和實驗結果比較，計算出它們之間