实验试题练习2电学中Word格式.docx
- 文档编号:16629384
- 上传时间:2022-11-24
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:122.47KB
实验试题练习2电学中Word格式.docx
《实验试题练习2电学中Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《实验试题练习2电学中Word格式.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
Rs=Rt1(13-3)
把待测电阻放在电炉中或恒温油浴
(或其它加热装置)中加热到t1+Δt时,
阻变为Rt1+ΔR这时1、2之间就有不平
衡电压。
由于毫伏表等具有的内阻很高,
通过它的电流可以忽略,把R1与Rt和R2
与Rs分别看成两个分压器,则可算出1、
2间的电压
因为R1»
Rs
(13-4)
上式表明不平衡电压U12与电阻的改变量ΔR成正比。
把(13-4)式代入(13-2)式有
因为R0与Rt1相差很小,可用Rt1近似代替R0,上式就近似为
(13-5)
若用温度计和毫伏表同时测量铂热电阻的温度t和非平衡电桥1、2两点间相应的电位差U12由式(13-5)就可以用作图法或解析法计算出α的值。
精密测量中的三线和四线连接法
铂热电阻温度计的测量电路最常用的是电桥电路,精度较高的是自动电桥。
为了消除由于连接导线电阻随环境温度变化而造成的测量误差,常采用三线和四线连接法。
图13-2是三线连接法的原理图。
图中mV是毫伏表或检流计,R1、R2、R3为固定电阻,Ra为零位调节电阻。
热电阻Rt通过电阻为r1、r2、r3的三根导线和电桥连接,r1和r2分别接在相邻的两臂内,当温度变化时,只要它们的长度相等和电阻温度系数α相等,它们的电阻变化就不会影响电桥的状态。
电桥在零位调整时就使用R4=Ra+Rt0。
Rt0为热电阻在参考温度(如0℃)时的电阻值。
三线接法中可调电阻Ra的接触点,接触电阻和电桥臂的电阻相连,可能会导致电桥的零点不稳。
图13-3为四线连接法。
调零的Ra电
位器的接触电阻和毫伏表串联,这样,
接触电阻的不稳定不会破坏电桥的平
衡和正常工作状态。
热电阻式温度计
性能最稳定,测量范围广、精度也高。
特别是在低温测量中得到广泛的应用。
其缺点是需要辅助电源。
热容量大限制
了它在动态测量中的应用。
为了避免热电阻中流过电流的加热效应。
在设计电桥时,要使流过热电阻的电流尽量小,一般小于10mA。
题目4测非线性元件钨丝灯和二极管的伏安特性
实验测量二极管的伏安特性
1.二极管简介
二极管是用P型硅(锗)和N型硅(锗)组成的半导体二极管。
示意图和它的符号如图14-1所示。
把电压加到二极管上,如在二极管的正端接高电位,负端接低电位(称为加正向电压),则电路中有较大的电流。
随着正向电压的增加,电流也增加。
但电流I的大小并不与电压V成正比。
又如果在二极管上加反向电压,那么电路中的电流很微弱,其电流与电压也不成正比。
把正向电压V和正向电流I的对应关系作图,得出如图14-2的曲线,称为正向伏安特性曲线(反向特性曲线如图14-3)。
它是正确运用二极管的必要资料。
2.电表的连接和接入误差
要同时测量流经二极管的电流I和其两端的电压V的可能接法有两种,分别见图14-4和图14-5。
前者称为电流表的内接,后者称为电流表的外接。
由于同时测量电压和电流,无论哪种接法都产生接入误差。
现分析如下。
(1)电流表内接
原本是要测量二极管两端的电压Vx和通过二极管的电流I,现在虽然电流表测出的电流确实是流经二极管的电流,但电压表测出的电压不仅是二极管两端的电压,而是二极管和电流表的电压之和,即由于电流表的接入产生了电压测量误差VA。
从相对误差VA/Ax可知,若电流表的内阻远较二极管的电阻小时,VA远小于Vx,相对接入误差很小;
反之,若电流表内阻较大,就会造成可观的接入误差,所以电流表内阻越小越有利于测量。
(2)电流表的外接
这种接法电压表确实测出二极管两端的电压,但电流表测出的不仅是二极管的电流,而是二极管和电压表的电流之和。
即由于电压表的接入产生了电流测量误差IV。
从相对误差IV/Ix可知,若电压表的内阻远较二极管的电阻大时,IV远小于Ix,相对接入误差很小;
反之,若电压表内阻较小,就会造成可观的接入误差,所以电压表内阻越大越有利于测量。
接入误差是系统误差,只要知道电压表的内阻RV或电流表的内阻RA;
总可以把接入误差计算出来加以修正。
但这样做比较麻烦,通常是适当选择电表和接法(电流表是内接还是外接)使接入误差减少至能忽略的程度。
内接好些还是外接好些?
没有笼统的答案。
只有根据具体的待测对象和电表规格加以计算才能比较出来。
一般地说,如果待测对象的阻值高,则用电流表内接较多;
若待测对象阻值低,则用电流表外接较多。
[实验内容]
(1)测量二极管(5W型稳压二极管)的正向特性
测量电路如图14-6,暂采用电流表外接(至于根据实验用的电表外接好还是内接好的问题留作问题讨论)。
电源电压1.5V。
用R1和R2两个变阻器来控制电流。
R1和R2都接成制流电路,其中R1阻值较大作为主要调节(粗调),R2阻值较小作为细调。
(因二极管正向电阻比较小)
实验从0V开始,约每隔0.1V读数一次,直到电流达到30mA为止.
(2)测量反向特性
电路图如14-7所示,暂采用电流表内接。
电源约10V。
控制电路仍用R1和R2两个变阻器。
但接成分压式,阻值较大的变阻器R1作粗调,R2作为细调。
实验从0V开始,每隔0.5~1V读数一次,直到5V左右为止(直到流过二极管能承受的最大反向电流而不被烧坏为止)。
(3)测量小钨丝灯的V—I特性,跟二极管的特性作比较。
小灯的工作电压不得超过6V(或其额定工作电压),6V时电流为100mA左右。
电路自己考虑。
6)
[数据处理]
1.将测得的二极管正向特性和反向特性的数据在同一张坐标纸上作图。
因为正、反向电压、电流值相差较大,作图时可选取不同的单位。
2.根据V—I图,指出二极管有哪些特点。
3.根据正向特性实验数据和图线选取恰当的函数形式并进行线性化处理后,求出二极管的伏安特性即(I~V)之间的函数关系;
如
4.如果小灯泡的V—I特性也做了数据,同样求出其伏安特性,并把它的特性和二极管的特性比较。
题目5伏安法测非线性元件负电阻温度系数的NTC热敏电阻的R-t特性和PTC热敏电阻的R-t特性
热敏电阻是利用半导体的电阻随温度变化的特性测温的传感器(元件),热敏电阻是由一些金属氧化物如钴、锰、镍等氧化物,采用不同的比例配方高温烧结成陶瓷,其形状有珠状、片状、杆状、垫圈状等。
热敏电阻主要有三种类型,即正温度系数型(PTC),负温度系数型(NTC)和临界温度系数型(CTR)。
它们的特性曲线如图15-1所示,CTR临界热敏电阻有一突变温度,此特性可用于自动控温和报警电路中。
PTC热敏电阻常用Ba-TiO3系列材料,当温度超过某一数值时,其电阻朝正方向快速变化。
其用途主要是彩电消磁,各种电器设备的过热保护,发热源的定温控制,也可以作为限流元件使用。
NTC热敏电阻具有很高的负电阻温度系数,
特别适用于-100~300C之间的温度测量。
在点
温,表面温度、温差、温场等测量中得到日益广
泛的应用。
同时也广泛地应用在自动控制及电子
线路的热补偿线路中。
这里主要讨论这种热敏电阻。
热敏电阻的基本特性是电阻与温度之间的关系,
即R-t特性,其曲线是一条指数曲线,可用下式表
示,RT=AeB/T(15-1)
图15-1各种热敏电阻的特性
式中:
RT——温度为T时的电阻值;
A——与热敏电阻尺寸、形式以及它的半导
体物理性能有关的常数;
B——与半导体物理性能有关的常数;
T——热敏电阻的绝对温度。
一般来讲,若已知两个电阻值R1和R2以及相应的温度值T1和T2,便可求出A,B两个常数
(15-2)
如果我们要用伏安法测非线性元件NTC热敏电阻或PTC热敏电阻的R-t特性。
可以采用图14-6或图14-7的电路图将其中的二极管换成热敏电阻即可。
由于热敏电阻阻值在低温时通常较大数千欧姆,在温度高时较小数百欧姆,测量电路可根据所用电流表和电压表的参数来确定用内接法还是外接法。
要注意的是在实验过程中为防止电阻自热,工作电流不能太大,一般在10mA以内;
要尽量保持在不同温度时工作电流尽可能相等。
在测量出从低到高不同温度t下的电阻值Rt后就可用坐标纸以t为横轴,R为纵轴画出R-t图线。
如果还要求出相关常数的话,可假设其R-t关系为
Rt=AeB/t
将上式两边取自然对数,可得
(15-3)
再做
图应该是一条直线,如果
图的确是一条直线则说明我们前面的假设是正确的,同时通过该直线的截距lnA可求出常数A,从其斜率可求得B。
则热敏电阻的R-t关系可以确定。
热敏电阻的优点是电阻温度系数大、灵敏度高、热容量小、响应速度快,而且分辨率很高可达10-4C;
主要缺点是互换性差,热电特性非线性大,可用温度系数很小的电阻与热敏电阻串联或并联,进行线性化处理,使等效电阻与温度的关系在一定的温度范围内呈线性。
题目16用示波器显示充电、放电曲线并测电容
实验16RC串联电路的暂态过程
电阻、电容串联电路称为RC串联电路,简称RC电路。
把RC电路通过开关与电动势为E的直流电源接通时,会发现电容上的电压由原来的零值逐渐增加,最后达到E。
可见开关动作后,电路需要一定的时间才能从一种稳定状态过渡到另一种稳定状态,这一变化过程称为暂态过程。
本实验即通过暂态过程的研究来了解RC电路的充放电规律,同时通过充电或放电曲线测量电容的大小。
如图16-1,当开关K合向位置1时,电源通过电阻R向电容C充电,电容两极板上的电荷逐渐增多,电容两端电压uc由零逐渐增大,直到uc=E时,充电完毕,达到稳定状态。
当开关合向位置2时,电容通过R放电,uc由U0=E逐渐减小,直到uc=0时放电结束。
图16-2(a)、(b)即在充放电过程中随时间t的变化曲线。
1充电过程
根据欧姆定律,电路满足关系
(忽略电源内阻)
图16-1RC串联电路
(16-1)
因为
,代入式(16-1)
即得充电过程中电路所满足的微分方程
(16-2)
由初始条件uC|t=0=0,可得方程(16-2)的解
(16-3)
下面具体讨论uC的变化特征。
(1)时间常数τ=RC。
定义τ=RC为RC电路的时间常数。
τ的单位是秒([τ]=[RC]=Ω·
F=Ω·C·V-1=Ω·A·s·V-1=s)
当充电时间t=τ时,由(16-3)式可算出
τ是RC电路最重要的特征常数,用以表征充、放电速度。
τ越小,充放电速度越快;
反之越慢。
对式(16-3)取微商,得
(16-4)
可见,充电速度随着t的增加越来越慢。
从理论上讲,当
时,充电才会完成。
实际上当t达到(4~5)τ时,即可认为充电完毕。
显然,t=0的那瞬间充电速度最快。
令t=0,由(16-4)可得
上式表明,如果以t=0那一时刻的充电速度
匀速地给电容器充电,经过时间τ,电容上的电压恰好充到E。
由τ的这一特点。
在图16-2(a)中过原点作充电曲线的切线,与代表稳态值uC=E的虚线交于A,则A点对应的时间就是τ。
(2)半衰期
电容器充电至
所需要的时间称为RC电路的半衰期T1/2。
将
代入式(16-3),不难求得
,或τ=1.44T1/2。
2放电过程图16-1中,当开关K合向2,电容即通过电阻放电。
令方程(16-1)中的E=0,就可得到放电时的微分方程
(16-5)
由初始条件uC|t=0=U0,可得方程的解为
(16-6)
此式表明,uC随t的增加按指数规律减小。
当
时,
,因此称T1/2为半衰期。
不难计算出,当
,如图16-2(b)所示。
此外,也可以通过作放电曲线切线的方法求得τ。
[实验内容及方法]
用方波信号发生器代替图16-1电路中的直流电源和开关,用以产生阶跃电压。
设方波的周期为T,t=0时,相当于电源接通,电容器充电;
t=T/2时,相当于断开电源,电容通过电阻R1和方波发生器的内阻Ri放电。
每一个完整的方波周期,电容器都要进行一次充、放电过程。
如此反复地进行充、放电,就可以很方便地在示波器上观察电容C(或电阻R)上周期性变化的充、放电曲线,如图16-3所示。
(思考:
如果不用方波发生器代替图16-1中的电源和开关,还能在示波器上观察电容C或电阻R上的充放电曲线吗?
)
(1)按图16-4(a)或(b)接线。
先定方波发生器输出频率f=500HZ,调节R1分别为1kΩ、20kΩ、90kΩ、观察示波器显示的波形,并描录下来。
(2)固定R1=10kΩ,逐次调节方波发生器输出频率f(相应地必须调节示波器的Y轴输入灵敏度(5mv/div~5v/div)或衰减倍率及X轴扫描速率选择旋钮:
从0.5μS~0.2S/div或X输出扫描速度,使再现类似上述波形,记录f及相应的波形。
(3)选择适合测量半衰期的波形即充电或放电时间t达到(4~5)τ;
或充、放电幅度达到方波幅值的波形。
利用示波器的时基测量半衰期T1/2,由半衰期公式
计算电路的时间常数RC,并根据R求出C。
在条件许可的时候还可以用频率计为标准来校准X时基轴,由此修正半衰期T1/2。
也可以用图16-2(a)、(b)所示的充、放电曲线找出纵轴0.632E或0.368U0所对应的横轴相应的时间点即τ的坐标,由X时基轴读出相应的时间常数RC从而根据R求出C。
(附:
X时基校正,是将PB-2频率仪或其它频率仪的输出端接到示波器的Y轴,“t/cm”开关置于待校档。
调节PB-2频率仪输出频率,使在示波器X轴上lcm内有n个完整波形,再由PB-2上读出的频率换算成周期,从而得到X轴每厘米所代表的时间。
(4)测量方波发生器内阻Ri,计算RC=(R1+Ri)C,与上面测得的RC值进行比较,两者是否在测量误差范围内相符合。
(一般信号源内阻的简便测量方法是,用示波器(或晶体管电压表)两输入端与信号源两输出端相接,记下电压读数。
再将一电阻箱并接在信号源两端,调节电阻箱阻值,使示波器(或晶体管电压表)上的读数为原来的一半,则电阻箱上的指示值即为信号源内阻。
由于信号源内阻与其输出电压有关,所以在实验过程中输出电压一经选定就不能任意变动。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 实验 试题 练习 电学
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)