文档介绍：非线性电阻特性研究
【实验目的】
(1) 了解并掌握基本电学仪器的使用。
(2) 学习电学实验规程,掌握回路接线方法。
(3) 学习测量条件的选择及系统误差的修正。
(4) 探究发光二极管和热敏电阻在常温下的伏安特性曲线。
【实验仪器】
发光二极管(BT102) 热敏电阻(根据实验室情况选择) 滑动变阻器(0~100 Ω)定值电阻(400Ω)毫安表(0~50mA) 微安表(0~50μA) 电压表(0~3v 0~6v) 电源(10v) 导线等
【实验原理】
(1)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R(R=U/I)。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,这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b)。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。
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。
LED是英文light emitting diode(发光二极管)的缩写,它属于固态光源,其基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用(如图一)。
常规的发光二极管芯片的结构如图二所示,主要分为衬底,外延层(图2中的N型氮化镓,铝镓铟磷有源区和P型氮化镓),透明接触层,P型与N型电极、钝化层几部分。
图3 发光二极管的工作原理
n
p
电场
eΔV
p
n
n
p
δ
hν
hν
+
+
+
-
-
-
(a)
(b)
(c)
电子的电势能
电子的电势能
δ’
发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n结。跨过此p-n结,电子从n型材料扩散到p区,而空穴则从p 型材料扩散到 n 区,如右面的图3(a)所示。作为这一相互扩散的结果,在p-n结处形成了一个高度的eΔV的势垒,阻止电子和空穴的进一步扩散,达到平衡状态(见图3(b))。
当外加一足够高的直流电压V,且 p 型材料接正极, n型材料接负极时,电子和空穴将克服在p-n结处的势垒,分别流向 p 区和 n 区。在p-n结处,电子与空穴相遇,复合,电子由高能级跃迁到低能级,电子将多余的能量将以发射光子的形式释放出来,产生电致发光现象。这就是发光二极管的发光原理。选择可以改变半导体的能带隙,从而就可以发出从紫外到红外不同波长的光线,且发光的强弱与注入电流有关,
(1)发光二极管的特点和优点及及应用前景
LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源,它有着广泛的用途。主要包括(1)体积小(2)耗电量低(3)使用寿命长(4)高亮度、低热量。(5)环保(6)坚固耐用。所以发光二极管有着广泛的用途,在道路以及室内照明,信号指示灯,以及装饰等有广泛的发展前景。
(2)V-I 特性:在正向电压小于阈值时,正向电流极小,不发光。当电压超过阈值后,正向电流