我讀大學的《電路分析》課時,老師講了一句話:各種元器件的伏安特性曲線就是它們的身份證。我進入職場幾十年了,我的職場生涯告訴我,這句話是絕對真理。
我們看下圖:
圖1:電阻的伏安特性曲線
圖1是電阻的伏安特性曲線,它的特征是一條經過原點的單調上升的斜線。
我們再看下圖:
圖2:動态電阻分析
首先我們在圖2左圖的電阻伏安特性曲線上取兩點1和2,另Rd為:
Rd=U2−U1iI2−I1R_d=\frac{U_2-U_1}{iI_2-I_1} ,式1
我們把Rd叫做伏安特性曲線的割線斜率。我們看到,對于電阻的伏安特性曲線來說,Rd>0。現在,我們令2點向1點無限逼近,即求極值:
Rd=limI2→I1U2−U1I2−I1=U1I1=dUdI=R>0R_d=\lim_{I_2 \rightarrow I_1}{\frac{U_2-U_1}{I_2-I_1}}=\frac{U_1}{I_1}=\frac{dU}{dI}=R>0 ,式2
可見,對于電阻R來說,它動态電阻Rd就等于伏安特性曲線的斜率,也即電阻阻值。
注意式2中的 Rd=dU/dIR_d=dU/dI ,也即動态電阻就是電壓對電流的導數。
圖2的右上圖中,若保持電壓不變,則電流當然也不變,理解這一點很重要。
我們看下圖:
圖3:穩壓二極管的伏安特性曲線
圖3中,我們看到穩壓二極管不管是正向區域(第一象限)還是反向區域(第三象限),伏安特性曲線的動态電阻均大于零,也即伏安特性曲線是單調上升的,且有 Rd=dU/dI>0R_d=dU/dI>0 。
我們再看下圖:
圖4:三種典型伏安特性曲線的對比
圖4中,我們看到了電阻的伏安特性曲線,其斜率 Rd=dU/dI>0R_d=dU/dI>0 ;我們看到了電壓源的伏安特性曲線,其斜率 Rd=dU/dI=0R_d=dU/dI=0 ,故電壓源的伏安特性曲線是水平直線;我們還看到了電弧的伏安特性曲線,其斜率 Rd=dU/dI<0R_d=dU/dI<0 ,故電弧的伏安特性曲線是單調下降的曲線,且電弧電流越大,電弧兩端的電壓降就越低,電弧的溫度就越高。
圖4告訴我們,正阻特性、零阻特性和負阻特性的意義及曲線形式。
注意:不要把零阻特性與超導體的零電阻相混淆。
我們再看下圖:
圖5:單結晶體管的伏安特性曲線
圖5左圖是單結晶體管振蕩電路,中圖是等效原理圖,右圖是單結晶體管的伏安特性曲線和輸出振蕩波形圖。
我們看到,單結晶體管的動态電阻既有大于零的左側上升沿部分,也有小于零的中部下降沿部分,還有等于零的峰點和谷點部分。在谷點,由于電源既要對電容C充電,還要維持單結晶體管發射極對第一基極的電流,故單結晶體管會進入隧道效應區并返回到左側上升沿部分。
通過這幾個例子的講解,題主應當明白了U-I圖像(伏安特性曲線)上的斜率 Rd=dU/dIR_d=dU/dI 的意義了吧。
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