非线性电阻的伏安特性曲线实验

线性电阻和⾮线性电阻的伏安特性曲线【教学⽬的】

1、测绘电阻的伏安特性曲线，学会⽤图线表⽰实验结果。2、了解晶体⼆极管的单向导电特性。【教学重点】

1、测绘电阻的伏安特性曲线；2、了解⼆极管的单向导电特性。【教学难点】

⾮线性电阻的导电性质。【课程讲授】

提问：1.如何测绘伏安特性曲线？2.⼆极管导电有何特点？⼀、实验原理

常⽤的晶体⼆极管是⾮线性电阻，其电阻值不仅与外加电压的⼤⼩有关，⽽且还与⽅向有关。下⾯对它的结构和电学性能作⼀简单介绍。

图1线性电阻的伏安特性图2晶体⼆极管的p-n结和表⽰符号

晶体⼆级管⼜叫半导体⼆极管。半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。如果在纯净的半导体中适当地掺⼊极微量的杂质，则半导体的导电能⼒就会有上百万倍的增加。加到半导体中的杂质可分成两种类型：⼀种杂质加到半导体中去后，在半导体中会产⽣许多带负电的电⼦，这种半导体叫电⼦型半导体 (也叫n型半导体)；另⼀种杂质加到半导体中会产⽣许多缺少电⼦的空⽳(空位)，这种半导体叫空⽳型半导体 (也叫p型半导体)。

晶体⼆极管是由两种具有不同导电性能的n型半导体和p型半导体结合形成的p-n结构

成的。它有正、负两个电极，正极由p型半导体引出，负极由n型半导体引出，如图2(a)所⽰。p-n结具有单向导电的特性，常⽤图2(b)所⽰的符号表⽰。

关于p-n结的形成和导电性能可作如下解释。

图3 p-n结的形成和单向导电特性

如图3(a)所⽰，由于p区中空⽳的浓度⽐n区⼤，空⽳便由p区向n区扩散；同样，由于n区的电⼦浓度⽐p区⼤，电⼦便由p区扩

散。随着扩散的进⾏，p区空⽳减少，出现

了⼀层带负电的粒⼦区(以?表⽰)；n区的电⼦减少，出现了⼀层带正电的粒⼦区(以⊕表

⽰)。结果在p型与n型半导体交界⾯的两侧附近，形成了带正、负电的薄层，称为p-n结。这个带电薄层内的正、负电荷产⽣了⼀个电场，其⽅向恰好与载流⼦(电⼦、空⽳)扩散运动的⽅向相反，使载流⼦的扩散受到内电场的阻⼒作⽤，所以这个带电薄层⼜称为阻挡层。当扩散作⽤与内电场作⽤相等时，p区的空⽳和n区的电⼦不再减少，阻挡层也不再增加，达到动态平衡，这时⼆极管中没有电流。

如图3(b)所⽰，当p-n结加上正向电压(p区接正，n区接负)时，外电场与内电场⽅向相反，因⽽削弱了内电场，使阻挡层变薄。这样，载流⼦就能顺利地通过p-n结，形成⽐较⼤的电流。所以，p-n结在正向导电时电阻很⼩。

如图3(c)所⽰，当p-n结加上反向电压(p区接负，n区接正)时，外加电场与内场⽅向相同，因⽽加强了内电场的作⽤，使阻挡层变厚。这样，只有极少数载流⼦能够通过p-n 结，形成很⼩的反向电流。所以p-n结的反向电阻很⼤。

晶体⼆极管的正、反向特性曲线如图12-4所⽰。从图上看出，电流和电压不是线性关系，各点的电阻都不相同。凡具有这种性质的电阻，就称为⾮线性电阻。

图4晶体⼆极管的伏安特性图5测电阻伏安特性的电路⼆、实验仪器

直流稳压电源，万⽤表（2台），电阻，⽩炽灯泡，灯座，短接桥和连接导线，实验⽤九孔插件⽅板。

三、实验步骤

(⼀)测绘⾦属膜电阻的伏安特性曲线

1.按图5接好线路，图中R>>A R (A R毫安表的内阻)。注意将分压器的滑动端调⾄电压为零的位置；电表的量限要选择得适当。

2.经教师检查线路后，接通电源，调节滑线变阻器的滑动头，从零开始逐步增⼤电压(例加取0.00V，0.50V，1.00V，1.50V，…)，读出相应的电流值。

3.将电压调为零，改变加在电阻上的电压⽅向(可将电阻R调转180°连接)，取电压为0.00V，-0.50V，-1.00V，-1.50V，…，读出相应的电流值。

4.将测量的正、反向电压和相应的电流值填⼊预先⾃拟的表格。以电压为横坐标，电流为纵坐标，绘出⾦属膜电阻的伏安特性曲线。

(⼆)测绘晶体⼆极管的伏安特性曲线

测量之前，先记录所⽤晶体管的型号(为测出反向电流的数值，采⽤锗管)和主要参数(即最⼤正向电流和最⼤反向电压)，再判别晶体管的正、负极。

1.为了测得晶体⼆极管的正向特性曲线，可按照图6所⽰的电路联线。图中R为保护晶体⼆极管的限流电阻，电压表的量限取1伏左右。经教师检查线路后，接通电源，缓慢地增加电压，例如，取0.00V，0.10V，0.20V，…(在电流变化⼤的地⽅，电压间隔应取⼩⼀些)，读出相应的电流值。最后断开电源。

图6测晶体⼆极管正向伏安特性的电路 图7测晶体⼆极管反向伏安特性的电路

2.为了测得反向特性曲线，可按图7联接电路。将电流表换成微安表，电压表换接⽐1伏⼤的量限，接上电源，逐步改变电压，例如，取0.00V ，1.00V ，2.00V ，…，读出相应的电流值。确认数据⽆错误和遗漏后，断开电源，拆除线路。

3.以电压为横轴，电流为纵轴，利⽤测得的正、反向电压和电流的数据，绘出晶体⼆极管的伏安特性曲线。由于正向电流读数为毫安，反向电流读数为微安，纵轴上半段和下半段坐标纸上每⼩格代表的电流值可以不同，但必须分别标注清楚。四、注意事项

1.测晶体⼆极管正向伏安特性时，毫安表读数不得超过⼆极管允许通过的最⼤正向电流值。2.测晶体⼆极管反向伏安特性时，加在晶体管上的电压不得超过管⼦允许的最⼤向电压。实验时，如果违反上述任⼀条规定，都将会损坏晶体管。五、思考题

1.在图6和图7中，电表的接法有何不同?为什么要采⽤这样的接法?

2.如何作出伏欧特性曲线(V R -曲线)?⾦属膜电阻和晶体⼆极管的伏欧特性曲线各具有什么特性?

3.有⼀个12伏、15⽡的钨丝灯泡，已知加在灯泡上的电压与通过热灯丝的电流之间的关系为n I KV =其中K 、n 是与该灯泡有关的常数，现在要⽤实验⽅法确定K 、n 。(1)请画出实验的线路图；(2)请简述如何⽤作图法求出K 和n 值，最后得到I 随V 变化的经验公式。