线性与非线性元件伏安特性的测定实验效果分析

1．线性与非线性元件伏安特性的测定

一．实验目的

1．学习直读式仪表和直流稳压电源等仪器的使用方法

2．掌握线性电阻元件、非线性电阻元件的伏安特性的测试技能

3．加深对线性电阻元件、非线性电阻元件伏安特性的理解．验证欧姆定律 二．实验原理

电阻元件是一种对电流呈现阻力的元件，有阻碍电流流动的性能。当电流通过电阻元件 时，电阻元件将电能转换成其它形式的能量．并沿着电流流动的方向产生电压降。电压降的 大小等于电流的大小与电阻的乘积。电压降和电流及电阻的这一关系称为欧姆定律。 U=IR

上式的前提条件是电压U和电流I的参考方向相关联．亦即参考方向一致。如果参考方 向相反．则欧姆定律的形式应为

U＝-IR

电阻上的电压和流过它的电流是同时并存的．也就是说，任何时刻电阻两端的电压降只 由该时刻流过电阻的电流所确定，与该时刻前的电流的大小无关，因此，电阻元件又被称为 “无记忆”元件。

当电阻元件R的值不随电压或电流大小的变化而改变时，则电阻R两端的电压与流过它的电流成正比例。我们把符合这种条件的元件称为线性电阻元件。反之．不符合上述条件的电阻元件被叫做非线性电阻元件。

电阻元件的特性除了用电压和电流的方程式表示外，还可以用

非线性元件伏安特性的测量

【目的要求】

1．掌握非线性元件伏安特性的测量方法、基本电路。

2．掌握二极管、稳压二极管、发光二极管的基本特性。准确测量其正向导通阈值电压。 3．画出以上三种元件的伏安特性曲线。 【实验仪器】

非线性元件伏安特性实验仪。仪器由直流稳压电源、数字电压表、数字电流表、多圈可变电阻器、普通二极管、稳压二极管、发光二极管、钨丝灯泡等组成。 【实验原理】 1.伏安特性

给一个元件通以直流电，用电压表测出元件两端的电压，用电流表测出通过元器件的电流。通常以电压为横坐标、电流为纵坐标，画出该元件电流和电压的关系曲线，称为该元件的伏安特性曲线。这种研究元件电学特性的方法称为伏安法。伏安特性曲线为直线的元件称为线性元件，如电阻；伏安特性曲线为非直线的元件称为非线性元件， 如二极管、三极管等。伏安法的主要用途是测量研究线性和非线性元件的电特性。有些元件伏安特性除了与电压、电流有关，还与某一物理量的变化呈规律性变化，例如温度、光照度、磁场强度等，这就是各种物理量的传感元件，本实验不研究此类变化。

根据欧姆定律，电阻R、电压U、电流I,有如下关系：

R?UI

（1）

由电压表和电流表

实 验 报 告

实验成绩： 批阅日期：

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

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 eU= 计算光的

实验四 电阻元件伏安特性的测定

【实验简介】

电阻是电学中常用的物理量。利用欧姆定律测导体电阻的方法称为“伏安法”。

为了研究材料的导电性，通常作出其伏安特性曲线，了解它的电压和电阻的关系。伏安特性曲线是直线的元件称为“线性元件”，伏安特性曲线不是直线的元件称为“非线性元件”。这两种元件的电阻都可以用伏安法测量。但是，由于测量时电表被引入测量电路，电表内阻必然会影响测量结果，因而应考虑对测量结果进行必要的修正，以减小系统误差。

乔治·西蒙·欧姆生平简介

乔治·西蒙·欧姆(Georg Simon Ohm,1787～1854年)是德国物理学家。 1826年，欧姆发现了电学上的一个重要定律——欧姆定律，这是他最大的贡献。这一定律可以表示为两种形式：一是部分电路的欧姆定律，通过部分电路的电流，等于该部分电路两端的电压，除以该部分电路的电阻；二是全电路的欧姆定律，即通过闭合电路的电流，等于电路中电源的电动势，除以电路中的总电阻。为了纪念他，人们把电阻的单位命名为欧姆。

【实验目的】

1、了解电学实验常用仪器的规格、性能，学习它们的使用方法。

2、学习电学实验的基本操作规程和连接电路的一般方法。 3、掌握电阻元件伏安特性的测量方法，用伏安法测电阻。 4

光纤的非线性传输特性

一． 简介

光纤

1. 光纤的历史

早期的工作：为了得到低损耗的光纤

早在19世纪，人们已经知道光纤中引导光传播的基本原理是全内反射。 在19世纪20年代制成了无包层的玻璃纤维。

直到20世纪50年代，才知道包层的使用能够改善光纤的特性，从而诞生了光纤光学这个领域。

20世纪60年代，当时主要为了利用光纤束传输图像，促使光纤领域迅速发展。这些早期的光纤按现在的标准看具有很高的损耗，用当时最好的光学玻璃做成的光学纤维损耗也达到1000dB/km。

1966年高锟解决了石英光纤损耗的理论问题，提出了研制低损耗光纤的可能性。

1970年，美国康宁公司研制成功了第一根低损耗光纤，石英光纤的损耗下降到了20dB/km的水平。

随着光纤制造技术的进一步发展，到1979年，已将1.55un波长附近的损耗降低到约0.2dB/km。

低损耗光纤的获得，使得光纤中光传输时的非线性效应相对而言变得不可忽略。

早在1972年，已有人研究了单模光纤中的受激拉曼敞射和受激布里渊散射，

这些上作促进了诸如光感应双折射、参量四波混频和白相位调制等其他非线性现象的研究。

1973年，有人提出了“通过色散和非线性效应的互作用将会导致光纤产生类孤子脉冲”这样一

实验一 电路元件伏安特性的测试（验证性）

一、实验目的

1.学会识别常用电路元件的方法。

2.掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘。 3.掌握实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。 二、原理说明

任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系I＝f(U)来表示，即用I-U平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。

1.线性电阻器（由欧姆定律U(t)=R i(t)定义， 关联参考方向，阻值R为常数，元件对不同方向的电流或不同极性的电压，其表现是一样的，两个端钮没有任何区别，这种性质为所有的线性电阻所具备，称为双向性。）的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-1中a曲线所示，该直线的斜率的倒数等于该电阻器的电阻值。

2.一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，灯丝电阻可视为非线性电阻。（电阻元件凡不是线性的就称为非线性的）一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图1-1中b曲线所示。

图1-1

3.一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其伏安特性如图1-1中c所示。正向压降

ANSYS非线形分析指南 几何非线形分析

几何非线性分析

随着位移增长，一个有限单元已移动的坐标可以以多种方式改变结构的刚度。一般来说这类问题总是是非线性的，需要进行迭代获得一个有效的解。 大应变效应

一个结构的总刚度依赖于它的组成部件（单元）的方向和单刚。当一个单元的结点经历位移后，那个单元对总体结构刚度的贡献可以以两种方式改变变。首先，如果这个单元的形状改变，它的单元刚度将改变。（看图2─1(a)）。其次，如果这个单元的取向改变，它的局部刚度转化到全局部件的变换也将改变。（看图2─1（b)）。小的变形和小的应变分析假定位移小到 足够使所得到的刚度改变无足轻重。这种刚度不变假定意味着使用基于最初几何形状的结构刚度的一次迭代足以计算出小变形分析中的位移。（什么时候使用“小”变形和应变依赖于特定分析中要求的精度等级。

相反，大应变分析说明由单元的形状和取向改变导致的刚度改变。因为刚度受位移影响，且反之亦然，所以在大应变分析中需要迭代求解来得到正确的位移。通过发出NLGEOM，ON（GUI路径Main Menu>Solutio

实验一电路元件的伏安特性

、实验目的:

1、研究电阻元件和直流电源的伏安特性及其测定方法。

2、学习直流仪表设备的使用方法。

、原理及说明：

1、独立电源和电阻兀件的伏安特性可以用电压表、电流表测定，称为伏安测量法(伏安表法)

伏安表法原理简单，测量方便，同时使用于非线性元件伏安特性的测定。

2、理想电压源的端电压U s(t)是确定的时间函数，而与流过电源的电流大小无关。如果U s(t)不随时间变化(即为常数)，则该电压称为理想直流电压源U s(t)，其伏安特性曲线如图1-1中

曲线a所示，实际电压源的特性曲线如图1-1中曲线b所示，它可以用一个理想电压源U s(t)和电阻R s相串联的电路模型来表示(图1-2)。显然R s越大，图1-1中的0角也越大，其正切的

绝对值代表实际电源的内阻R s。

图1-2

图1-1

3、理想电流源向负载提供的电流是确定的函数，与电源的端电压大小无关。如果

间变化(即为常数)，则该电流源称为理想直流电流源I s(t)，其伏安特性曲线如图

I s(t)不随时

1-3中曲线a 所示，实际电流源的特性曲线如图1-1中曲线b所示，它可以用一个理想电流源I s和电导G s相并联的电路模型来表示(图实

际电源的内导G s。

1-4)。显然G s越大，图1-

实验一 电路元件伏安特性的测试（验证性）

一、实验目的

1.学会识别常用电路元件的方法。

2.掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘。 3.掌握实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。 二、原理说明

任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系I＝f(U)来表示，即用I-U平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。

1.线性电阻器（由欧姆定律U(t)=R i(t)定义， 关联参考方向，阻值R为常数，元件对不同方向的电流或不同极性的电压，其表现是一样的，两个端钮没有任何区别，这种性质为所有的线性电阻所具备，称为双向性。）的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-1中a曲线所示，该直线的斜率的倒数等于该电阻器的电阻值。

2.一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，灯丝电阻可视为非线性电阻。（电阻元件凡不是线性的就称为非线性的）一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图1-1中b曲线所示。

图1-1

3.一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其伏安特性如图1-1中c所示。正向压降

一、实验综述 1、实验目的及要求

（1）目的：用伏安法测未知电阻

（2）要求：在被测电阻不变的情况下（只改变滑动变阻器的大小）每组实验测量

12组数据。

2、实验仪器、设备或软件

①TH-DAV1 型数模双显直流电压表 0.5 级（200mv/2V/20V/200V）相应内阻（1M? /5M? ? /5M? /5M ?）一只； ②TH-DAI1直流电流表 0.5 级（2mA/20mA/200mA/2A）相应内阻（0.11?/0.11?/11? /11?）一只；

③稳压电源wsy-2B型（0—30V，1A）一台； ④ B x7-12型（1500? /1A）变阻器一台； ⑤导线若干。

二、实验过程（实验步骤、记录、数据、分析）

实验内容与步骤

首先分别测出在电阻阻值约为20、2000欧姆的条件下改变滑动变阻器阻值测出不同情况下的电流电压，在根据多次测量的数据计算出最终的实验结果。

对20欧和2000欧电阻测量及数据处理

1．20?电阻的伏安特性关系

1. 2. 3.33 20 0.07 2V 3. 2.78 20 0.06 2V 4. 2.37 20 0.05 2V 5. 1.96 20 0.04 2V 6. 1.76 20 0.