线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线
通过一个元件的电流随外加电压的变化关系曲线，称为伏安特性曲线。从伏安特性曲线
所遵循的规律，可以得知该元件的导电特性，以便确定它在电路中的作用。
在坐标纸上描述伏安特性曲线之前，应阅读绪论中有关实验数据图示法的内容。
［实验目的］
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。
［实验原理］
当一个元件两端加上电压，元件内有电流通过时，电压与电流之比称为该元件的电阻。
若一个元件两端的电压与通过它的电流成比例，则伏安特性曲线为一条直线，该类元件称为
线性元件。若元件两端的电压与通过它的电流不成比例，则伏安特性曲线不再是直线，而是
一条曲线，这类元件称为非线性元件。
一般金属导体的电阻是线性电阻，它与外加电压的大小和方向无关，其伏安特性是一条直线
(见图 1)。从图上看出，直线通过一、三象限。它表明，当调换电阻两端电压的极性时，电
流也换向，而电阻始终为一定值，等于直线斜率的倒数 VR
I
= 。
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。为了了解晶体二极管的导电特性，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 3p-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(c)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
［实验内容］
(一)测绘金属膜电阻的伏安特性曲线
1.按图 5 接好线路，图中 R >> AR ( AR 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。
2.经教师考查线路后，接通电源，调节滑线变阻器的滑动头，从零开始逐步增大电压(例
加取 0.00V，0.50V，1.00V，1.50V，…)，读出相应的电流值。
3.将电压调为零，改变加在电阻上的电压方向(可将电阻 R调转 180°连接)，取电压为
0.00V，-0.50V，-1.00V，-1.50V，…，读出相应的电流值。
4.将测量的正、反向电压和相应的电流值填入预先自拟的表格。以电压为横坐标，电流
为纵坐标，绘正金属膜电阻的伏安特性曲线。
(二)测绘晶体二极管的伏安特性曲线
测量之前，先记录所用晶体管的型号(为测出反向电流的数值，采用锗管)和主要参数(即
最大正向电流和最大反向电压)，再判别晶体管的正、负极。
1.为了测得晶体二极管的正向特性曲线，可按照图 6 所示的电路联线。图中 R 为保护晶
体二极管的限流电阻，电压表的量限取 1 伏左右。经教师检查线路后，接通电源，缓慢地增
加电压，例如，取 0.00V，0.10V，0.20V，…(在电流变化大的地方，电压间隔应取小一些)，
读出相应的电流值。最后断开电源。
图 6测晶体二极管正向伏安特性的电路 图 7 测晶体二极管反向伏安特性的电路
2.为了测得反向特性曲线，可按图 7 联接电路。将电流表换成微安表，电压表换接比 1
伏大的量限，接上电源，逐步改变电压，例如，取 0.00V，1.00V，2.00V，…，读出相应的
电流值。确认数据无错误和遗漏后，断开电源，拆除线路。
3.以电压为横轴，电流为纵轴，利用测得的正、反向电压和电流的数据，绘出晶体二极
管的伏安特性曲线。由于正向电流读数为毫安，反向电流读数为微安，纵轴上半段和下半段
坐标纸上每小格代表的电流值可以不同，但必须分别标注清楚。
注意：
1.测晶体二极管正向伏安特性时，毫安表读数不得超过二极管允许通过的最大正向电流
值。
2.测晶体二极管反向伏安特性时，加在晶体管上的电压不得超过管子允许的最大向电
压。
实验时，如果违反上述任一条规定，都将会损坏晶体管。
［思考题］
1.在图 6 和图 7 中，电表的接法有何不同?为什么要采用这样的接法?
2.如何作出伏欧特性曲线(V 曲线)?金属膜电阻和晶体二极管的伏欧特性曲线各具
有什么特性?
R−
3.有一个 12 伏、15 瓦的钨丝灯泡，已知加在灯泡上的电压与通过热灯丝的电流之间的
关系为 其中nI KV= K、 是与该灯泡有关的常数，今欲用实验
方法
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确定n K、 。 n
(1)请您画出实验的线路图；
(2)请您简述如何用作图法求出K和 值，最后得到n I 随V 变化的经验公式。
浙公网安备 33021202002483