實驗報告
bme8 鮑小凡 2008013215
【實驗目的】
（1）半定量觀察分壓電路的調節特性；
（2）測定給定電阻的阻值；
（3）測定半導體二極體正反向伏安特性；
（4）戴維南定理的實驗驗證。
【實驗原理】
一、分壓電路及其調節特性
1、分壓電路的接法
如圖3.1.1所示，將變阻器r的兩個固定端a和b接到直流電源e上，而將滑動端c和任一固定端（a或b，圖中為b）作為分壓的兩個輸出端接至負載rl。
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。
圖3.1.1 分壓電路圖3.1.2 分壓電路輸出電壓與滑動端位置的關係
2、分壓電路的調節特性
如果電壓表的內阻大到可忽略它對電路的影響，那麼根據歐姆定律很容易得出分壓為：
從上式可見，因為電阻rbc可以從零變到r，所以分壓u的調節範圍為零到e，分壓u與負載電阻rl的大小有關。理想情況下，即當rl>>r時，u=erbc/r，分壓u與阻值rbc成正比，亦即隨著滑動端c從b滑至a，分壓u從零到e線性地增大。
當rl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。實驗研究和理論計算都表明，分壓與滑動端位置之間的關係如圖3.1.
2的曲線所示。rl/r越小，曲線越彎曲，這就是說當滑動端從b端開始移動，在很大一段範圍內分壓增加很慢，接近a端時分壓急劇增大，這樣調節起來不太方便。因此作為分壓電路的變阻器通常要根據外接負載的大小來選用。
必要時，還要同時考慮電壓表內阻對分壓的影響。
二、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稱為電學元件的伏安特性。一般以電壓為橫座標，電流為縱座標作出元件的電壓—電流關係曲線，稱為該元件的伏安特性曲線。
對於碳膜電阻、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。這類元件稱為線性元件，如圖3.1.
3所示。至於半導體二極體、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性關係變化，其伏安特性為一曲線。這類元件稱為非線性元件，圖3.
1.4所示為一例。
圖3.1.3 線性元件的伏安特性圖3.1.4某非線性元件的伏安特性
在設計測量電學元件伏安特性的線路時，必須了解待測元件的規格，使加在它上面的電壓和通過的電流均不超過元件允許的額定值。此外，還必須了解測量時所需其他儀器的規格（如電源、電壓表、電流錶、滑線變阻器等的規格），也不得超過儀器的量程或使用範圍。同時還要考慮，根據這些條件所設計的線路，應盡可能將測量誤差減到最小。
三、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3.1.5(a)中電流錶內接和圖3.
1.5(b)中電流錶外接兩種方法。電壓表和電流錶都有一定的內阻（分別設為rv和ri），簡化處理時可直接用電壓表讀數u除以電流錶讀數i來得到被測電阻值r，即r=u/i，但這樣會引起一定的系統誤差。
當電流錶內接時，電壓表讀數比電阻端電壓值大，應有：
在電流錶外接時，電流錶讀數比電阻r中流過的電流值大，這時應有：
圖3.1.5(a)電流錶內接圖3.1.5(b)電流錶外接
顯然，如果簡單地用u/i值作為被測電阻值，電流錶內接法的結果偏大，而流表外接法的結果偏小，都有一定的系統性誤差。在需要做這樣簡化處理的實驗場合，如果為了減小上述系統性誤差，測電阻的方案就可這樣選擇：比較lg(r/ri)和lg(rv/r)的大小（比較時r取粗測值或已知的約值），前者大則選電流錶內接法，後者大則選用電流錶外接法（選擇原則1）。
由於本實驗中所用的電壓表和電流錶均為指標式磁電系儀表，量程和準確度等級一定時，按本實驗室約定用3.0節中的式(3.0.
1)來估算電壓（或電流）的測量不確定度△u(△i)。這樣，用r=u/i簡化計算時有：
式(3.1.3)
可見要使電阻測量的準確度高，線路引數的選擇應使電表讀數盡可能接近滿量程（選擇原則2）。
當電壓表（電流錶）的內阻值rv(ri)及其不確定度大小△rv(△ri)已知時，可用式(3.1.2a)或式(3.
1.2b)更準確地求得被測電阻值r，r的不確定度△r可如下計算：
電流錶內接時， 式(3.1.4a)
電流錶外接時， 式(3.1.4b)
用式(3.1.2a)或式(3.
1.2b)來得到電阻值r時，線路方案及引數的選擇應使△r/r最小（選擇原則3），在一些情況下，分別從式(3.1.
4a)和式(3.1.4b)二者求得的△r/r是相差不大的。
四、戴維南定理
戴維南定理是指乙個含源二端網路可以用乙個恆壓源串聯乙個內阻抗所組成的等效電壓源來代替。恆壓源ee為二端網路的開路電壓，內阻抗re為含源二端網路中所有恆壓源被短路並且所有恆流源被開路後網路兩端的總電阻。本實驗所用的網路如圖3.
1.6所示，根據戴維南定理，等效電動勢ee和內阻re分別為：
圖3.1.6 有源二端網路
【實驗儀器】
穩壓電源；700ω滑動變阻器；電阻箱；電路板；100ω、200ω、1kω、12kω電阻各乙個；二極體乙個；有源二端網路乙個；伏特表、毫安表各乙個；導線若干。
【實驗任務】
1、半定量觀察分壓電路的調節特性
選用阻值為700ω的變阻器r接成分壓電路，以電阻箱作為外接負載rl，穩壓電源調至3v，電壓表使用3v量程。
a、取rl=7000ω（rl/r=10）測定滑動端移動至rbc/r為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1時電壓的值；
b、取rl=700ω（rl/r=1）， 測定滑動端移動至rbc/r為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1時電壓的值；
c、取rl=70ω（rl/r=0.1）， 測定滑動端移動至rbc/r為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1時電壓的值。
2、測電阻
對於電阻值約為12kω和100ω的兩個電阻，分別用實驗原理中圖示兩種方法測量。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）正向特性：
連線成電流錶外接法電路圖，r0為保護電阻，電壓表採用3v量程。移動滑動變阻器的滑動端，改變二極體兩端電壓，記錄伏特表和毫安表示數，測量出二極體正向伏安特性。
（2）反向特性：
改換線路，採用電流錶內接法，改變二極體兩端電壓，記錄伏特表和毫安表示數，測量出二極體反向伏安特性。
根據所測資料繪製二極體的特性曲線。
4、戴維南定理的實驗驗證
步驟一：
將9v電源的輸出端接到四端網路的輸入端上，組成乙個有源二端網路，如圖3.1.7虛線框所示。
框內電路對外部電路來說，可以等效成乙個電動勢為ee和內電阻為re相串聯的簡單電路，如圖3.1.8虛線框內所示。
要求用實驗方法求出等效電動勢ee和等效內阻re。
方法（1）：外接一可變電阻（電阻箱），測出若干組不同負載下的輸出端電壓ui和電流ii的值，畫出伏安特性曲線。
方法（2）：由（1）中兩組修正已定系統誤差的資料，代入方程組ui = ee - ii*re（i=1,2）求出ee和re。
步驟二：
用方法（2）的實驗結果，將可調電源的輸出電動勢調成ee的值，將示值為re的電阻箱和ee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。
步驟三：
實驗時記下網路中各電阻值，代入計算公式算出ee和re：
*5、選作實驗：替代法更準確地測量12kω的電阻
思路：用電阻箱的阻值替代被測電阻。
方法：第一步：組成分壓電路，用穩壓電源供電，記錄電流錶的示值；第二步：將負載用電阻箱替代，調節電阻箱阻值，使電流錶指標指向相同的示值，記下此時電阻箱的阻值，即為所測電阻的阻值。
【原始資料記錄**】
任務一：半定量觀察分壓電路的調節特性
選取變阻器r102ω~103ω量級）。
任務二：測電阻
電流錶準確度等級 ，量程im= ma，riri
電壓表準確度等級 ，量程um= v時，rvrv量程um= v時，rvrv= ω。
任務三：測定半導體二極體正反向伏安特性
正向特性：
反向特性：
任務四：戴維南定理的實驗驗證
步驟一：
步驟二：
步驟三：
*任務五：替代法更準確地測量12kω的電阻
【原始資料整理和計算】
《電學元件伏安特性的測量》實驗報告附頁
資料附頁 一 半定量觀察分壓電路的調節特點 變阻器r 470 二 用兩種線路測電阻的對比研究 電流錶準確度等級1.5，量程im 5ma，ri 8.38 0.13 電壓表準確度等級1.5，量程um 0.75v，rv 2.52 0.04k 量程um 3v，rv 10.02 0.15k 三 測定半導體二極...
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