實驗十一 歐姆定律實驗
目的
瞭解歐姆定律的特性。
原理
對於導體而言，歐姆定律是描述導體兩端如有電位差產生時，流過導體電流與 電位差成正比的關係：
RI V =
也就是說，無論如何改變電位差，電阻值都不改變，這關係才算成立。換句話說，
一個遵守歐姆定律的導體，它的電阻值與電位差的大小及極化情況完全無關。如 此一來，一個合乎歐姆定律的電子元件，它的I—V圖就是線性關係。
並非每一種導體都會遵守歐姆定律，如pn二極體，就是一個例子，圖1就是一 個pn二極體的IV特性圖，當在順向偏壓區，電壓差需要約0.6V二極體才會導通，
工作電流約5mA，而電流與電位差之間也是非線性關係，再看看逆向偏壓區，電 位差為負時， 通過pn二極體的電流非常小，比起順向偏壓區，這個電流值小很 多，也不是線性，逆向偏壓太大時，二極體會"崩潰"，一般二極體一崩潰就回不 來了，像這種逆天行道的事，千萬不要去試！！
儀器與裝置
三用電錶兩台，直流電源供應器二台，麵包板一個，電路板一個，精密電阻100Ω、
220Ω、330Ω及1 kΩ各一枚；二極體1N4148一枚。
方法說明
在這個實驗中，我們要使用到三用電錶（使用方法詳見附錄E）。一般使用伏 特計（電壓檔）量測電壓，而量測電流則使用安培計（電流檔），但是，有時候 也可以利用串聯電路的電流大小相等的原理，在電路上串聯一個精密電阻，量測
20mA
I
f10mA
-100v 50v
V
0 1v 2v 1μA
2μA 逆向偏壓
“Reverse”
順向偏壓
“Forward bias”
圖 1
歐姆定律實驗- 2
精密電阻兩端的電壓用電壓訊號來代替電流訊號。因此歐姆定律實驗分成下面兩 種量測方式。
方法一：用三用電錶電壓檔量待測物兩端的電壓，另一部三用電錶的電流檔 量電流，在這裡需要注意，電壓檔必須與待測物並聯，電流檔則需與待測電路串 聯。
方法二：電壓檔量待測物兩端的電壓，與待測物串聯一顆1kΩ精密電阻，量 測精密電阻兩端的電壓，可以求得電流值 ( )
1000V A I =
步驟
注意事項：
a. 使用三用電錶之電壓檔及電流檔時，應確定測試線是否插在對應的插孔上。
b. 使用三用電錶測量時，切記檔位應先置於大檔位，再依次切至小檔位，以 免過大電流燒壞電錶。
圖 5
圖 6
方法一：
(1) 如圖7將電路在電路板上接好。 (2) 調整可調電源，使V1電壓檔的指數
由0V開始，每增加1V，記錄I1電流 檔的值，一直到V1為5V為止。
(3) 將可調電源的正負極對調，使電壓檔 V1的讀值由0V開始，每次增加1V，記 錄電流檔I1的值，直到V1＝-5V為止。
(4) 利用步驟2、3結果，畫出100Ω電阻的 I-V關係圖。
(5) 將100Ω電阻換成由330Ω與220Ω並聯的電阻，重複步驟1~4。
(6) 將圖7中電阻換成二極體1N4148
（如圖8），調整可調電源，使I1 電流檔的指數由0A開始，量測 當 電 流 I1 值 分 別 為 20µA 、 60µA、100µA、200µA、600µA、
1mA、2mA、4mA、6mA、8mA、
10mA時V1電壓檔的值。
(7) 將可調電源的正負極對調，使電壓檔V1的讀值由0V開始，每次增加1V，記 錄電流檔I的值，直到V1＝-5V為止。
(8) 利用步驟6、7結果，畫出1N4148的IV關係圖。
方法二：
(1) 如圖9將電路在電路板上接好。 (2) 調整可調電源，使V1電壓檔的指 數由0V開始，每增加0.1V，記錄 V2 電 壓 檔 的 值 ， 一 直 到 V1 為 0.5V為止。
(3) 將可調電源的正負極對調，使電壓 檔V1的讀值由0V開始，每次增加 0.1V，記錄電壓檔V2的值，直到V1
＝-0.5V為止。
(4) 利用步驟2、3結果，代入I＝V2/1000，計算出電路的電流並畫出IV關係圖。
(5) 將100Ω電阻換成由330Ω與220Ω並聯的電阻，重複步驟1~4。
(6) 將圖9中電阻換成二極體1N4148（如圖 10），調整可調電源，使V2電壓檔的指 數由0V開始，量測當電壓V2值分別為 20mV 、 60mV 、 100mV 、 200mV 、
100
圖 7
圖 9
100
圖 8
歐姆定律實驗- 4
600mV、1V、2V、4V、6V、8V、10V時V1電壓檔的值。
(7) 將可調電源的正負極對調，使電壓檔V1的讀值由0V開始，每次增加1V，記 錄電壓檔V2的值，直到V1＝-5V為止。
(8) 利用步驟6、7結果，代入I＝V2/1000，計算出電路的電流，畫出1N4148的IV 關係圖。
預習問題
1. 請參考普物課本（Serway, 18.2節），說明遵守歐姆定律的元件，它的電阻要 如何定義？
2. 在方法二中，我們要利用電壓訊號代替電流訊號，你覺得為什麼可以用這樣的 量測方式，這樣量測的方法有甚麼好處？
實驗記錄
方法一1. R＝100Ω
V1(V) 0 1 2 3 4 5
I1(A)
V1(V) 0 -1 -2 -3 -4 -5
I1(A)
2. 330Ω與220Ω並聯
V1(V) 0 1 2 3 4 5
I1(A)
V1(V) 0 -1 -2 -3 -4 -5
I1(A)
3. 1N4148
I1 0A 20µA 60µA 100µA 200µA 600µA
V1(V)
I1 1mA 2mA 4mA 6mA 8mA 10mA
V1(V)
V1(V) 0 -1 -2 -3 -4 -5
I1(A)
方法二
1. R＝100Ω
V1(V) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
V2(V)
I(mA)
V1(V) 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5
V2(V)
I(mA)
2. 330Ω與220Ω並聯
V1(V) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
V2(V)
I(mA)
V1(V) 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5
V2(V)
I(mA)
3. 1N4148
V2 0V 20mV 60mV 100mV 200mV 600mV
V1(V)
I
V1(V) 1V 2V 4V 6V 8V 10V V2
I
V1(V) 0 -1 -2 -3 -4 -5 V2
I
＊數據分析：畫出各個實驗的I—V圖，並利用最小平方法，算出其歐姆值。
思考問題
1. 比較一下，方法一與方法二數據分析後，遵守歐姆定律的元件，計算得到的電 阻，那一個方法的誤差小？你覺得其理由在哪裡？
2.量度電位差與電流常與計算值均有誤差，原因為何？
