姓 名：汤博
同组姓名： 无
班 级：F0703028 学 号：5070309028 实验日期：2008-3-4 指导老师：助教19
实验成绩： 批阅日期：
非线性元件伏安特性的测量
【实验目的】
1．学习测量非线性元件的伏安特性,针对所给各种非线性元件的特点，选择一定的实验方法，援用配套的实验仪器，测绘出它们的伏安特性曲线。 2. 学习从实验曲线获取有关信息的方法。
【实验原理】
1、非线性元件的阻值用微分电阻表示，定义为 R = dU/dI。 2、如下图所示，为一般二极管伏安特性曲线
3、测量检波和整流二极管，稳压二极管，发光二极管的伏安特性曲线，电路示意图如下
(1)检波和整流二极管
检波二极管和整流二极管都具有单向导电作用，他们的差别在于允许通过电流的大小和使用频率范围的高低。 (2)稳压二极管
稳压二极管的特点是反向击穿具有可逆性，反向击穿后，稳压二极管两端的电压保持恒定，这个电压叫稳压二极管的工作电压。 (3)发光二极管
发光二极管当两端的电压小于开启电压时不会发光，也没有电流流过。电压一旦超过开启电压，电流急剧上升，二极管发光，电流与电压呈线性关系，直线与电压坐标的交点可以认为是开启电压．
使用公式 计算光的波长。
【实验数据记录、实验结果计算】
1、检波二极管
正向：
表一 测量检波二极管的正向伏安特性数据 编号 U(V) I(mA) 编号 U(V) I(mA) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.0162 0.0713 0.0896 0.101 0.138 0.162 0.208 0.228 0.25 0.277 3.3E-3 4.16E-3 7.77E-3 0.0189 0.035 0.0647 0.1589 0.218 0.298 0.41 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 0.328 0.359 0.392 0.489 0.524 0.566 0.602 0.715 0.772 0.877 0.604 0.834 1.04 1.803 1.987 2.33 2.63 3.67 4.23 5.3 根据图像去掉了几个数据点得到图像如下:
图1 检波二极管正向伏安特性曲线及线形拟合直线
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------ A -3.1079 0.12413 B 9.5412 0.17351
------------------------------------------------------------ R SD N P
------------------------------------------------------------ 0.9995 0.04393 5 <0.0001
------------------------------------------------------------ 最后测得：
检波二极管的开启电压U = 0.326(V)
逆向：
表二 测量检波二极管的逆向伏安特性数据
编号 U(V) I( A) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0.982.94.86.88.910.912.615.716.617.914.7 9 4 8 6 1 1 6 9 6 6 2.03.14.96.111.213.116.217.219.61.08 9.03 4 5 6 7 3 8 7 5 1 根据数据得到图像如下:
图2 检波二极管逆向伏安特性曲线
由于检波二极管的逆向伏安特性曲线数据范围与正向相差较大，如果将正向与逆向放在一个图像中，便不能将正向的变化显示出来，因此使用了两个图像来表现检波二极管伏安特性曲线的图像特点。
实验结论：
观察图像，检波二极管的逆向电流极小，几乎可以视为0.
2、稳压二极管
表三 测量稳压二极管的伏安特性数据
编号 U(V) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3.82 3.98 I(mA) 0.49 0.75 编号 11 12 U(V) 5.16 5.16 I(mA) 12.26 13.33 4.02 4.12 4.19 4.34 4.5 4.65 0.84 1.10 1.32 2.02 3.61 5.25 13 14 15 16 17 18 5.17 5.17 5.18 5.18 5.19 5.19 14.1 15.12 17.19 17.89 18.62 19.25 4.73 4.82 7.00 9.93 19 20 5.19 5.19 19.5 19.94 根据图像去掉了几个数据点得到图像如下:
图3 稳压二极管伏安特性曲线及线形拟合直线
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------ A 1131.755 111.64481 B 221.7 21.57383
------------------------------------------------------------ R SD N P
------------------------------------------------------------ 0.99066 0.48241 4 0.00934
------------------------------------------------------------
最后测得：
稳压二极管的工作电压U = -5.10(V)
3、发光二极管
表三 发光二极管的伏安特性数据（红光） 编号 U(V) 1 2 3 4 5 6 7 8 1.792 1.843 1.862 1.881 1.906 1.925 1.937 1.952 I(mA) 2.04 4.08 5.44 6.56 8.03 10.17 11.92 13.9 编号 9 10 11 12 13 14 15 U(V) 1.958 1.965 1.972 1.974 1.98 1.981 1.983 I(mA) 15.00 16.74 17.39 18.01 19.35 19.68 19.92
表四 发光二极管的伏安特性数据（黄光） 编号 U(V) 1 2 3 4 5 6 7 8 1.864 1.905 1.943 1.961 1.996 2.01 2.05 I(mA) 1.06 1.93 2.95 3.55 4.69 5.36 6.77 编号 9 10 11 12 13 14 15 U(V) 2.1 2.16 2.19 2.25 2.27 2.31 2.33 I(mA) 10.13 11.98 13.48 15.58 16.81 18.37 19.41
2.07 8.26 表五 发光二极管的伏安特性数据（绿光） 编号 U(V) 1 2 3 4 5 6 7 8 2.32 2.42 2.49 2.55 2.61 2.62 2.66 2.68 I(mA) 1.51 3.41 5.21 6.81 8.57 9.75 10.97 11.94 编号 9 10 11 12 13 14 15 U(V) 2.72 2.75 2.78 2.81 2.82 2.83 2.84 I(mA) 13.51 14.84 16.35 17.88 18.72 19.38 19.8
表六 发光二极管的伏安特性数据（蓝光） 编号 U(V) 1 2 3 4 5 6 7 8 2.66 2.76 2.82 2.87 2.93 2.97 3.00 3.03 I(mA) 1.73 3.4 4.58 6.11 7.86 9.46 10.73 11.62 编号 9 10 11 12 13 14 15 U(V) 3.04 3.07 3.1 3.12 3.14 3.16 3.18 I(mA) 12.17 13.47 14.96 16.12 17.49 18.47 19.83
表七 发光二极管的伏安特性数据（紫光） 编号 U(V) 1 2 3 4 5 6 7 8 3.06 I(mA) 1.51 编号 9 U(V) 3.28 I(mA) 12.74
3.12 3.16 3.19 3.21 3.23 3.25 3.27 2.89 4.2 5.55 6.98 8.18 9.95 11.65 10 11 12 13 14 15 3.29 3.3 3.31 3.32 3.32 3.32 14.1 15.41 17.03 18.93 19.46 19.96 根据上述表格数据得到图像如下：
图4 发光二极管伏安特性曲线及线形拟合直线
图像分析： 红光：
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------ A -378.24131 15.27252 B 200.78036 7.73957
------------------------------------------------------------ R SD N P
------------------------------------------------------------ 0.99631 0.17365 7 <0.0001
------------------------------------------------------------ 最后经过计算得到： 红 = 1.834(V)
红
= 6.77E-7(m) 红
黄光：
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------ A -125.23 24.04151 B 62 10.3923
------------------------------------------------------------ R SD N P
------------------------------------------------------------ 0.98624 0.30594 3 0.10573
------------------------------------------------------------ 最后经过计算得到： 黄 = 2.02(V)
黄 = 6.15E-7(m) 黄
绿光：
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------ A -148.30245 8.69183 B 59.20755 3.08651
------------------------------------------------------------ R SD N P
------------------------------------------------------------ 0.99595 0.14211 5 3.09392E-4
------------------------------------------------------------ 最后经过计算得到：
绿 = 2.50(V) 绿 = 4.97E-7(m) 绿
蓝光：
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------ A -172.439 4.94092 B 60.45 1.57348
------------------------------------------------------------ R SD N P
------------------------------------------------------------ 0.99899 0.09952 5 <0.0001
------------------------------------------------------------ 最后经过计算得到：
蓝 = 2.85(V) 蓝 = 4.36E-7(m) 蓝
紫光：
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------ A -489.588 23.41782 B 153.1 7.09624
------------------------------------------------------------ R SD N P
------------------------------------------------------------ 0.99679 0.2244 5 2.17912E-4
------------------------------------------------------------ 最后经过计算得到：
紫 = 3.20(V) 紫 = 3.88E-7(m) 紫
【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】
1、在测量检波二极管的正向伏安特性时, 由于对其开启电压的值没有进行初步估计, 导致在开启电压前的数据点较多, 而开启电压后的数据点不足，可能在线性拟合时产生较大误差。而在测量其逆向伏安特性时，由于电流过小，必须使用最小量程。
2、在测量稳压二极管的伏安特性时，在取数据点时，没有准确估计稳压二极管的工作电压，使得所得图像不过平滑，部分数据点间距较大，在以后的实验中应在工作电压附近取较多的数据点。而且由于电压量程与精度不能同时兼顾，当后来电压逐渐增大时， 由于精度不够，有许多数据点的电压取值均一样。为了解决这一现象，可以在电压表刚刚改变示数时记录数据，保证数据的准确性，对于相同电压的数据点可以取电流最小的一个。
3、在测量发光二极管的伏安特性时，所得曲线可能不够平滑，我认为数值差距主要出现在测量时未等电流或电压表示数稳定到准确值就记录了数据。同时在这次测量中也出现了测量精度不够的情况，解决方法如上。
【思考题解答】
1、总结各非线性元件的伏安特性
答：检波二极管：可以工作在一，三象限，当通过正向电流时，起初电流变化较小，等到二极管两端电压达到开启电压以后，电流变化逐渐增大并成线性关系。当通过逆向电流时，电流极小几乎可以视为0。由于实验中并没有达到击穿电压，所以不知道被击穿后的情形。
稳压二极管：工作在第三象限，起初通过电流较小时，电压变化较大，当电压到达工作电压后，电压变化开始趋于平缓。
发光二极管：其工作原理与检波二极管正向伏安特性相似，当电压超过其开启电压时，发光二极管开始发光。并且可以根据公式 计算出各种可见光的波长。 2、在测量检波二极管逆向伏安特性时，为何要将电流表内接？ 答：
理论分析：根据高中的物理知识，我们知道：在测量电阻的伏安特性时，由于内阻的存在，电流表与电压表的测量值并非准确值，当电阻相对较小时，应将电流表外接，因为电压表的内阻远大于电阻，所以其分去的电流可以忽略不计；当电阻相对较小时，应当将电流表内接，因为电流表的内阻远小于电阻，所以其分去的电压可以忽略不计。在该实验中，当将检波二极管反向接入电路时，当电压未到其击穿电压，其电流变化较小，可以将其视为阻值很大的电阻，所以应将电流表内接。
实验结果：为弄清这一分析是否属实，我将电流表外接，测量了其伏安特性，发现电流表的示数略大于内接的情况，但是并不明显，符合理论分析。
【关于实验的一些疑问】
在《大学物理实验（第一册）》一书中，关于此实验的注意事项第三条： “3、整个测量过程中，要保证电流表的量程不变。” 对于这一要求，我不太明白，希望老师能给予解答。
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