非线性元件的伏安特性
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1、科学素养
1.1 背景知识:
线性与非线性元件的伏安特性测量是电磁学实验中的基础实验,其物理原理较为简单。
通过这个实验,同学们可以学习和掌握电学基本仪器的使用,简单测量电路的设计和连接,电学实验的基本方法和操作规程,二极管的单向导电特性和稳压二极管的工作特性。
此外,同学们需要学习和掌握实验中测量误差的产生原因和消除方法,为提高实验能力打下基础。
1.2 科技发展和思政元素:
实验测量得到的非线性伏安特性曲线是元件中所发生的微观物理过程(比如能级跃迁、粒子迁移等)的宏观表现。
因为实验测量研究了弗兰克-赫兹管的非线性伏安特性曲线,为原子能级的存在提供了直接的实验证据,弗兰克和赫兹共同获得了1925年的诺贝尔物理学奖。
因为分别实验发现了半导体和超导体中的隧道现象,江崎玲於奈、贾埃沃和约瑟夫逊共同获得了1973年的诺贝尔物理学奖。
2、分层次实验教学内容
a)基础内容
1. 学习数字万用表的结构、工作原理和使用方法,检测二极管的正负极,测量二极管的正向导通电压或者正反向电阻。
2. 根据待测电阻的粗值和电表内阻大小,设计伏安特性曲线的实验测量电路(注意电表的内、外接)。
3. 掌握静态电阻、动态电阻的实验测量方法,设计实验电路,选择合理的电表接法,测量灯泡的伏安特性曲线。
b)提升内容
1. 掌握二极管的工作原理,设计电路测量发光二极管的正向伏安特性曲线。
2. 学会针对特定的测量方法,分析并消除电表对测量结果的影响。
c)进阶内容
1. 设计实验电路,选择合理的电表接法,测量稳压二极管的正、反向伏安特性曲线。
2. 用作图法处理实验数据,得出二极管的正、反向伏安特性曲线,求出静态电阻及动态电阻,分析稳压二极管的单向导电特性和稳压特性。
d)高阶内容
使用交流信号源与示波器对二极管伏安特性曲线进行实验测量。
3、能力培养
1. 培养学生电学实验的基本技能及实验电路的设计、连接能力;
2. 学习和掌握半导体元件的工作原理及工作特性;
3. 通过对实验误差的正确估算,培养学生对实验误差的科学表达能力。
4、知识点
欧姆定律,伏安特性, 静态电阻,动态电阻, 电表的内接法和外接法, 非线性元件, 二极管的工作原理及正向导电特性,反向击穿特性,稳压特性等。
5、学科关联
半导体科学与技术,电子科学与技术
6、延伸实验
光电效应法测定普朗克常数实验,弗兰克-赫兹实验,PN结正向电压温度特性的研究
讨论区
欢迎大家留言讨论! — 乐永康 2019/12/05 13:01