一．实验目的

1.  学习测量线性和非线性电阻元件伏安特性的方法，并绘制其特性曲线

2.  学习测量电源外特性的方法

3.  掌握运用伏安法判定电阻元件类型的方法

4.  学习使用直流电压表、电流表，掌握电压、电流的测量方法

二．实验原理

1.  电阻元件

（1）  伏安特性

二端电阻元件的伏安特性是指元件的端电压与通过该元件电流之间的函数关系。通过一定的测量电路，用电压表、电流表可测定电阻元件的伏安特性，由测得的伏安特性可了解该元件的性质。通过测量得到元件伏安特性的方法称为伏安测量法（简称伏安法）。把电阻元件上的电压取为纵（或横）坐标，电流取为横（或纵）坐标，根据测量所得数据，画出电压和电流的关系曲线，称为该电阻元件的伏安特性曲线。

（2）  线性电阻元件

线性电阻元件的伏安特性满足欧姆定律。在关联参考方向下，可表示为：U=IR，其中 R 为常量，称为电阻的阻值，它不随其电压或电流改变而改变，其伏安特性曲线是一条过坐标原点的直线，具有双向性。如图 1（a）所示。

（3）  非线性电阻元件

非线性电阻元件不遵循欧姆定律，它的阻值 R 随着其电压或电流的改变而改变，即它不是一个常量，其伏安特性是一条过坐标原点的曲线。

2.  直流电压源

理想的直流电压源输出固定幅值的电压，而它的输出电流大小取决于它所连接的外电路。因此它的外特性曲线是平行于电流轴的直线，如图 2（a）中实线所示。实际电压源的外特性曲线如图 2（a）虚线所示，在线性工作区它可以用一个理想电压源 Us 和内电阻 Rs 相串联的电路模型来表示，如图 2（b）所示。图 2（a）中角θ越大，说明实际电压源内阻 Rs值越大。

3.直流电流源（DC current source）

理想的直流电流源输出固定幅值的电流，而其端电压的大小取决于外电路，因此它的外特性曲线是平行于电压轴的直线，如图 3（a）中实践所示。实际电流源的外特性曲线如图 3（a）中虚线所示。在线性工作区它可以用一个理想电流源 Is 和内电导 Gs（Gs=1/Rs）相并联的电路模型来表示，如图 3（b）所示。图 3（a）中的角θ越大，说明实际电流源内电导 Gs 值越大。

三. 实验内容与步骤

 

 

 

表 1 线性电阻元件实验数据

	Us（v） 0 2 4 6 8 10 I（mA） 20.0 39.8 59.8 79.9 99.9 U（v） 1.00 1.98 2.97 3.96 4.95 R=U/I （W） 50.00 49.75 49.67 49.56 49.55

表 2 非线性电阻元件实验数据

Us（V）	0	2	4	6	8	10	12
I（mA）		47.2	68.1	85.4	100.5	114.1	126.4
U（V）		1.95	3.93	5.92	7.91	9.89	11.88
R=U/I（W）		41.31	57.71	69.32	78.71	86.78	93.99

表 3 电压源实验数据

RL（W）	100	51	22	10	5.1	1
I（mA）	50.8	67.5	83.3	92.4	96.7	100.8
U（V）	10.02	10.02	10.02	10.02	10.02	10.02

表 4 实际电压源实验数据

RL（W）	100	51	22	10	5.1	1
I（mA）	40.5	50.5	58.8	63.2	65.1	66.8
U（V）	8.01	7.52	7.10	6.89	6.79	6.70

RL（W） 330 220 100 50 22 I（mA） 24.1 24.1 24.1 24.1 24.1 U（V） 7.62 5.24 2.4 1.21 0.54

表 5 电流源实验数据

RL（W） 330 220 100 50 22 I（mA） 18.2 19.7 21.9 22.9 23.6 U（V） 5.77 4.30 2.18 1.15 0.53

表 6 实际电流源实验数据

四．分析与讨论

1.  比较 51电阻与白炽灯的伏安特性曲线，得出什么结论？

答：白炽灯的伏安特性曲线是非线性的，51电阻的伏安特性曲线是线性的。这是因为白炽灯在工作过程中会产生热量，发热导致其阻值发生变化。这种阻值的变化会导致电流和电压之间的关系不再是线性的，而是非线性的。51电阻的阻值不会随着电流和电压的变化而变化，因此它的伏安特性曲线是线性的。

2.  根据不同的伏安特性曲线的性质分别称它们为什么电阻？

答： 若电阻的伏安特性曲线是一条过原点的直线，该电阻为线性电阻元件；

若电阻的伏安特性曲线是一条过原点的曲线，该电阻为非线性电阻元件。

3.  从伏安特性曲线看欧姆定律，它对哪些元件成立？哪些元件不成立？

答：欧姆定律对线性电阻元件成立，对非线性电阻元件不成立。

4.  比较直流电压源和实际直流电压源的伏安特性曲线，从中得出什么结论？

答：理想直流电压源的伏安特性曲线是一条平行于纵轴（电流）的直线，而实际直流电压源的伏安特性曲线会因为内阻的存在而有所偏移。实际直流电压源的伏安特性曲线通常不是完全线性的，而是呈现出一定的非线性。这是因为实际电路中的元件（电阻、电容等）都有一定的非理想性质，会导致电流和电压之间的关系不再是简单的线性关系。实际直流电压源的伏安特性曲线可能会受到外部因素的影响，如温度变化、电源电压波动等。这些因素会导致实际电路中的元件参数发生变化，从而影响电流和电压之间的关系。

5.  比较直流电流源和实际直流电流源的伏安特性曲线，从中得出什么结论？

答：理想直流电流源的伏安特性曲线是一条平行于横轴（电压）的直线，而实际直流电流源的伏安特性曲线会因为内阻的存在而有所偏移。实际直流电流源的伏安特性曲线通常不是完全线性的，而是呈现出一定的非线性。这是因为实际电路中的元件（电阻、电容等）都有一定的非理想性质，会导致电流和电压之间的关系不再是简单的线性关系。实际直流电流源的伏安特性曲线可能会受到外部因素的影响，如温度变化、电源电压波动等。这些因素会导致实际电路中的元件参数发生变化，从而影响电流和电压之间的关系。

6.  稳压电源串联电阻构成的电压源，它的输出电压与输出电流之间有什么关系？是否能写出伏安特性方程式？

答：输出电压等于电源电压减去串联电阻的分压，串联电阻的分压等于串联电阻乘输出电流。伏安特性方程式:设电源电压为E，串联电阻阻值为R，输出电流为I，输出电压为U，则：U=E-IR。

7.  选取表 6 中的任一组实验结果，按式（2）计算出 Rs、Gs，和实验参数比较。

答：Rs=0.97 Gs=1.03与实验参数差别不大。