2.1 实验目的
2.2 实验原理
2.3 实验内容和步骤
2.4 实验要求及注意事项
2.5 实验报告和思考题
2.1 实验目的
1. 掌握线性电阻和非线性电阻元件伏安特性的测量方法；
2. 掌握伏安测量法中测量样点的选择和绘制曲线的方法；
3. 学习如何使用直读仪器和直流稳压电源。
2.2 实验原理
电路元件的特性一般可用于元件上端电压U与通过元件电流的函数关系I=f（U）表示，即用I-U平面上的曲线被称为元件的伏安特性曲线。电阻元件是电路中最常见的元件，分为有线电阻和非线电阻。很少有电平移动电路是由电源和线性电阻组成的。非线性设备通常被广泛使用。例如，非线性元件二极管具有单向导电性，可将交流信号转换为直流，并在电路中发挥整流作用。
万用表的欧姆挡只能在特定的U和I测量相应的电阻值，因此无法测量非线性电阻的伏安特性。一般来说，在含源电路在线状态下测量元件端电压对应的电流值，然后通过公式测量R=U/I求电阻值。
1.线性电阻元件的伏安特性符合欧姆定律U=RI，伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图2-1所示（a）直线的斜率等于电阻值。
2.白炽灯可视为电阻元件。灯丝电阻随温度升高而增加。一般来说，灯泡的冷电阻与热电阻的电阻值可以相差数倍。白炽灯的电流越大，温度越高，电阻值越大，即一组变换的电压值和相应的电流值U/I不是常数，所以它的伏安特性是非线性的，如图2-1所示（b）所示。
2.普通半导体二极管也是非线性电阻元件，其伏安特性如图2-1所示（c）所示。随着电压或电流的大小，二极管的电阻值化。它的正向压降很小(通常锗管约为0.2-0.3V，硅管约为0.5~0.7V），当反向电压从零增加到十几伏到几十伏时，正向电流随着正向压降的增加而急剧上升，反向电流增加很小，大致可以视为零。发光二极管正电压0.5-2.5V正电流之间有很大的变化。可见二极管具有单向导电性，但反向电压过高，超过管道极限值，会导致管道击穿损坏。
4.稳压二极管是一种与普通二极管相似的特殊半导体二极管，但具有特殊的反向特性，如图2-1所示（d）所示。当向稳压二极管增加反向电压时，反向电流几乎为零，但当电压增加到一定值时，电流将突然增加，其端电压将保持恒定，不再增加反向电压，这是稳压二极管的反向稳压特性。在实际电路中，不同稳压值的稳压管可用于稳压。
图2-1 伏安特性曲线的线性电阻和非线性电阻
通常采用逐点测试法绘制伏安特性曲线。在不同端电压U的作用下，测量相应的电流I，然后逐步绘制出伏安特曲线I=f(U)，根据伏安特性曲线便可计算出电阻元件的阻值。
2.3 实验内容和步骤
(1)根据图2-2所示的电路选择元件，结合直流稳压电源搭建实验电路；
(2)图2-2中，限流电阻R为300欧元，R电阻可设置为100，电流表正极与电阻R连接，负极与电阻R将电流表串联到电路中，R另一端与地（GND）连接，电压表和R并接入电路。
(3)设置直流稳压电源输出2.5V。
(4)连接电源，用直流电压表测量稳压源输出，然后将稳压源输出连接到图2-2电路。
(5)慢慢调节稳压电源的输出电压U，从2.5V开始慢慢增加，不超过5V。将相应的电压表和电流表读数写在表2-1中。 注：测量电压时，确保万用表1处于测量电流状态。
（6）由公式U1I 计算电阻值R′计入表2-1中的值，比较是否与实际测量值相同。
图2-2 测量元件伏安特性
表2-1 测量线性电阻的伏安特性
| U（V） |
2.5 |
3 |
3.5 |
4 |
4.5 |
5 |
| U 1（V）） |
0.625 |
0.75 |
0.875 |
1 |
1.125 |
1.25 |
| I(mA) |
6.25 |
7.5 |
8.75 |
10 |
11.25 |
12.5 |
| R’（KΩ） |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
（1）按图2-2，将电阻R1换成半导体二极管1N4148，先测二极管的正向特性，即1N4148的正极与电流表负极相连，1N4148负极与地（GND）相连，正向压降可在0～0.75V之间取值。
以上连线接好后，接通电源，按表2-2给出的不同的R，将测出的电压与电流记入表2-2中,表中UZ+ 为二极管两端电压。
表2-2 二极管正向特性的测量
| R |
100 |
150 |
300 |
500 |
600 |
1k |
5.1k |
100k |
| UZ+（V） |
0.498 |
0.497 |
0.494 |
0.491 |
0.49 |
0.486 |
0.466 |
0.413 |
| I(mA) |
0.023 |
0.022 |
0.02 |
0.018 |
0.017 |
0.014 |
0.0067 |
0.0008 |
（2）作反向特性实验时，需将二极管1N4148反接，其反向电压可在1-5V之间取值，此时不用分压，直接由稳压源提供。所测数据计入表2-3中。
表2-3 二极管反向特性的测量
| UZ-（V） |
1 |
3 |
4 |
5 |
| I(uA) |
0 |
0.4 |
0 |
0 |
2.4 实验要求与注意事项
1. 测量时，可调直流稳压电源的输出电压由0缓慢逐渐增加，应时刻注意电压表和电流表，不能超过规定值。
2. 直流稳压电源输出端切勿短路。
3. 测量中，随时注意电流表读数，及时更换电流表量程，勿使仪表超量程，注意仪表的正负极性。
2.5 实验报告与思考题
1．根据实验数据，分别在方格纸上绘制出各个电阻的伏安特性曲线（其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）。
其伏安特性曲线如下：
2．根据线性电阻的伏安特性曲线，计算其电阻值，并与实际电阻值比较。
计算得到的电阻与实际电阻值相同。
3．总结本次实验的收获。
通过本次学习让我对线性电阻与非线性电阻的伏安特性有了更进一步的认识。通过实验我对二极管的特性有了直观的认识，除此以外，我还明白了稳压二极管的工作原理。让我对电路这门学科以及电路实验所学的知识巩固并进一步掌握。
4．思考题：
（1）线性电阻与非线性电阻的伏安特性有何区别？它们的电阻值与通过的电流有无关系？
答： 线性电阻的伏安特性是一条直线，电压与电流是成正比的，电阻数值不会变化。电阻值与通过的电流无关。非线性电阻的伏安特性曲线是曲线。电阻为导体本身属性，呈非线性是因为电阻阻值会随温度、光照等因素影响，和电流大小无关，是通电时间延长导致导线上温度上升，进一步导致电阻变化。
（2）若元件伏安特性的函数表达式为I=f(u)，在描绘特性曲线时，其坐标变量应如何放置？
答： 一般地,水平轴为电流,垂直轴为电压.也有把电压作为水平轴的,比如二极管的伏安特性曲线。
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