實(shí)驗(yàn)31-應(yīng)用計(jì)算機(jī)測(cè)電阻伏安特性

1、實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)31 應(yīng)用計(jì)算機(jī)測(cè)電阻伏安特性 1 目的1）熟悉PASCO科學(xué)工作室軟件環(huán)境；2）了解數(shù)據(jù)采集原理，了解500性型接口線路連接方法；3）掌握傳感器用戶自定義方法。2 實(shí)驗(yàn)儀器計(jì)算機(jī)一臺(tái)、500型科學(xué)工作室接口一臺(tái)、電壓傳感器、直流電源DF1730SL3A一臺(tái)、滑動(dòng)變阻器一只、測(cè)試板一塊 3 實(shí)驗(yàn)原理3.1 實(shí)驗(yàn)原理電子器件的伏安特性表述器件的電流與器件兩端電壓的關(guān)系，有了對(duì)電子器件的伏安特性的透徹了解，對(duì)器件的應(yīng)用研究具有重要意義。如果一個(gè)電子器件為電阻器件，其特性為線性的且滿足歐姆定理，即流過(guò)電阻R的電流I與電阻R兩端電壓V成正比，與電阻的阻值成反比，關(guān)系式為 （1）根據(jù)（1）

2、式，可以進(jìn)行電阻阻值測(cè)量。如果已經(jīng)測(cè)出一個(gè)電阻的伏安特性，在曲線上取兩點(diǎn)A和B，如果對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)分別為A（UA、IA）和B（UB、IB），由于是線性的，所以有 （2）根據(jù)（2）式，可以確定電阻的阻值。3.2 實(shí)驗(yàn)方法 電阻的特性曲線可以在PASCO科學(xué)工作室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上應(yīng)用計(jì)算機(jī)來(lái)測(cè)量，測(cè)量電路如圖25-1所示。穩(wěn)壓電源和滑動(dòng)變阻器組成分壓電路，動(dòng)點(diǎn)C從B到A的移動(dòng)過(guò)程中，C、B兩端電壓逐漸升高，電流傳感器采集回路中電流信號(hào)，電壓傳感器采集待測(cè)電阻RX兩端的電壓信號(hào)，電流信號(hào)和電壓信號(hào)分別送給500型科學(xué)接口A和B。500型科學(xué)工作室接口采集的電流和電壓為模擬量，計(jì)算機(jī)不能識(shí)別，需經(jīng)過(guò)模數(shù)A/D轉(zhuǎn)

3、換，變換后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)RS232串行口與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，把數(shù)字信號(hào)送給計(jì)算機(jī)，PASCO軟件對(duì)數(shù)據(jù)處理，顯示結(jié)果在計(jì)算機(jī)屏幕上。 電流測(cè)量電流傳感器采用外接方式，PASCO提供的電流傳感器采樣電阻為1.000（此電阻額定電流為2A，容易燒斷）。電流傳感器使用方便，但如果待測(cè)電阻較大時(shí)，靈敏度顯然偏小。因此，本實(shí)驗(yàn)電流傳感器采用自定義方式，選用自定義采樣電阻可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，選用不同阻值以滿足測(cè)量的要求。電流傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖25-2所示。Rg為采樣電阻，經(jīng)過(guò)該電阻將電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出（注：接口A、B、C只識(shí)別電壓信號(hào)），送給500型科學(xué)工作室接口的模擬通道A。通過(guò)測(cè)量采樣電阻兩端的電壓以及采樣

4、電阻的阻值可以確定電流大小，即 （3）根據(jù)（3）式，可以自定義一個(gè)測(cè)量電流的電流傳感器，來(lái)測(cè)量電路中的電流。正 電源10V 負(fù) 滑動(dòng)變阻器正Rg負(fù)Rx500型接口 A口 B口計(jì)算機(jī)C圖25-1 用計(jì)算機(jī)測(cè)定電阻特性示意圖 + I Rg 至500型科學(xué)工作室接口電路 -圖 25-2 電流傳感器內(nèi)部圖 電壓測(cè)量電壓測(cè)量直接用電壓傳感器。實(shí)驗(yàn)中電壓傳感器采集到的電壓信號(hào)可以接到500型科學(xué)工作室模擬通道B或C（A通道輸入阻抗為2M，B和C輸入阻抗為200M）。4 教學(xué)內(nèi)容4.1 硬件連接1） 按圖25-1連接好線路，特別注意電流或電壓傳感器梅花插頭與插座的正確連接，連接線有箭頭和TOP標(biāo)志，標(biāo)志應(yīng)向

5、上，不允許錯(cuò)位強(qiáng)行插入。2） 線路詳細(xì)檢查正確后，才能打開(kāi)穩(wěn)壓電源（電壓為10V），以免燒壞500型科學(xué)工作室接口。3） 檢查500型科學(xué)工作室接口A、B、C模擬通道, 選A通道為電流接口，B、C通道任選一個(gè)為電壓傳感器輸入口。4） 電流傳感器接線柱有紅和黑兩色，電壓傳感器香蕉插頭也有紅和黑兩色，分別代表正極和負(fù)極，不要極性接反，否則，實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線不會(huì)在第一象限。4.2 軟件操作1） 熟悉PASCO科學(xué)工作室實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能與使用方法（圖25-3）2） 接通500型科學(xué)工作室接口電源開(kāi)關(guān)（在背面），點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)科學(xué)工作室Science Workshop圖標(biāo)，計(jì)算機(jī)進(jìn)入自檢過(guò)程，若屏幕顯示找不到一個(gè)

6、接口，應(yīng)檢查接口電源指示燈綠燈是否亮或檢查RS232串行口連接是否正常，按重試圖標(biāo)按鈕；若自檢通過(guò)，計(jì)算機(jī)屏幕將顯示圖25-3工作界面，系統(tǒng)進(jìn)入PASCO科學(xué)工作室軟件平臺(tái)。3）根據(jù)電流和電壓傳感器硬件連接，相對(duì)應(yīng)把接口圖標(biāo)拉入ABC圖標(biāo)中，并在選擇傳感器窗口中，A接口選取用戶自訂傳感器，B或C接口選取電壓傳感器。 圖 25-4 用戶自定義傳感器4） 雙擊用戶自訂傳感器圖標(biāo)，把系統(tǒng)默認(rèn)電壓改成電流，電流 填入高值數(shù)據(jù)框中，低值填入零。電壓最大值為10V，低值為零，如圖25-4所示。5） 用鼠標(biāo)點(diǎn)取圖表，按下右鍵不放，拖入通道或感應(yīng)器上，顯示數(shù)據(jù)曲線。圖形顯示二維坐標(biāo)中，縱坐標(biāo)選A通道，橫坐標(biāo)系

7、統(tǒng)默認(rèn)時(shí)間T, 更改為B或C通道的電壓輸入。4.3 數(shù)據(jù)采集1） 雙擊錄入REC圖標(biāo)或主菜單實(shí)驗(yàn)的下拉菜單“記錄”，界面有小光標(biāo)閃動(dòng)，表示系統(tǒng)正在數(shù)據(jù)采集中，勻速移動(dòng)滑線變阻器觸點(diǎn)，從最低點(diǎn)移B到最高點(diǎn)A，點(diǎn)擊停止圖標(biāo)，計(jì)算機(jī)屏幕將自動(dòng)形成I-V特性曲線。2） 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)I-V曲線或電流自定義錯(cuò)誤，需要更改，應(yīng)先在數(shù)據(jù)框中的數(shù)據(jù)（系統(tǒng)按順序編號(hào)）全部選中，再按鍵盤Delete鍵刪除。3）本實(shí)驗(yàn)分別接入三個(gè)待測(cè)電阻RX，形成三條曲線。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊Data下拉菜單，復(fù)選三條數(shù)據(jù)曲線。4） 點(diǎn)擊圖形顯示最大化，三條直線所在坐標(biāo)系應(yīng)滿屏幕?？刹捎檬止ふ{(diào)整橫縱坐標(biāo)比例，即用鼠標(biāo)點(diǎn)擊坐標(biāo)軸，在對(duì)話

8、框填入適當(dāng)數(shù)值，或點(diǎn)擊坐標(biāo)自動(dòng)匹配圖標(biāo)。5） 點(diǎn)擊圖表設(shè)定小圖標(biāo)，寫(xiě)入曲線名稱，班級(jí)，姓名，學(xué)號(hào)，如圖25-5所示。6） 把實(shí)驗(yàn)結(jié)果另存在指定的網(wǎng)絡(luò)共享文件夾中，文件名*.sws，*用學(xué)號(hào)最后三位數(shù)替換。檢查正確后打印結(jié)果。5 實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織及教學(xué)要點(diǎn)1）教師在實(shí)驗(yàn)課開(kāi)始前，必需備課、熟悉儀器，并進(jìn)行實(shí)際操作及數(shù)據(jù)測(cè)量；2）根據(jù)所做實(shí)驗(yàn)，擬訂教案、并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；3）學(xué)生必須課前預(yù)習(xí)，并寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告；4）實(shí)驗(yàn)前，檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況，教師抽查提問(wèn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中所要求的知識(shí)要點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)步驟、重要參數(shù)等掌握狀況；5）根據(jù)提問(wèn)狀況，講解實(shí)驗(yàn)原理及操作步驟，側(cè)重講解其要點(diǎn)及難點(diǎn)；演示如何測(cè)電阻伏安特性，并對(duì)測(cè)量曲

9、線進(jìn)行線性擬合；6）由學(xué)生自主動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，通電前教師檢查學(xué)生接線狀況，操作過(guò)程中若有疑問(wèn)教師及時(shí)講解和輔導(dǎo)。6 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)1）如何應(yīng)用傳感器測(cè)定電壓和電阻；2）電流傳感器如何進(jìn)行參數(shù)設(shè)定；3）提高讀圖能力及認(rèn)識(shí)采樣電阻的作用。7 實(shí)驗(yàn)中易出現(xiàn)的問(wèn)題1）電流傳感器設(shè)定錯(cuò)誤；2）橫坐標(biāo)軸與縱坐標(biāo)軸易搞錯(cuò)；3）電流傳感器與電壓傳感器的接線位置搞錯(cuò)，使電壓傳感器負(fù)極與虛地不直接連接。8 實(shí)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)利用十叉尺在曲線上找出合適兩點(diǎn)，求得電阻值，示值誤差可以取十叉尺坐標(biāo)讀數(shù)最小分度的5個(gè)單位。用計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)功能，逐一對(duì)每條I-V直線進(jìn)行 曲線擬合（Curve fit）。電阻伏安特性實(shí)驗(yàn)結(jié)

10、果圖如下：Rg=97.99，Imax=102.05mA。表1 電阻伏安特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量R UA(v) UB(v) IA(mA) IB(mA) 線性擬合 a1(mA) a2(mA/V)1 0.667 7.000 2.022 21.875 y= a1+ a2x -0.01435 3.137942 1.271 8.521 1.164 8.456 -0.01567 1.002753 1.583 8.550 0.989 5.787 -0.01308 0.67674電流、電壓的極限誤差m=0.005，計(jì)算結(jié)果如表2及表3。表2 電阻伏安特性實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果之一R 1 318.9 0.005 0.0029 0.00292 994.2 0.005 0.0029 0.0029 3 1452.1 0.005 0.0029 0.0029表3 電阻伏安特性實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果之二R 1 0.0041 0.0041 0.22 0.0041 0.0041 0.83 0.0041 0.0041 1.6結(jié)果表示： 9 實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢查方法1）兩點(diǎn)的取值是否達(dá)到盡可能的遠(yuǎn)；2）擬合結(jié)果的1/a2與阻值計(jì)算結(jié)果比較，是否相差比較大。10 課堂實(shí)驗(yàn)