非线性电阻伏安特性曲线实验.docx

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:?
?
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Ө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
,图中>> (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。
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