有趣的问题。
我们首先来看看欧姆定律的意义是什么。看下图:
左边是电路图。图中我们看到电池,它的电动势是E,一只可变电阻r,还有电阻R和开关K。当开关K闭合后,我们调节可变电阻r,使得电阻R两端的电压发生变化。
当可变电阻r的滑动臂在最左边时,可变电阻r取最大值。测量得到电阻R两端的电压为U1,流过电阻R的电流为I1;当可变电阻r的滑动臂在最右边时,可变电阻r的阻值为零,于是电阻R两端的电压为E,流过电阻R的电流为Im。
当我们把开关K打开,则电阻R两端的电压为零,电流当然也为零。
我们把右边的曲线叫做伏安特性曲线。注意它的纵坐标是电压U,横坐标是电流I。我们看到,这条曲线其实就是一条起点在零点的斜线。
那么当滑动臂在中间任意位置时,电压U与电流I的关系如何?
既然U=f(I)的曲线是直线,那么就可以套用Y=KX+b这个方程了。我们又看到直线经过原点,因此截距b=0,于是方程变为:U=KI。
我们来仔细看看K等于什么?
图中,我们看到:
这就是欧姆定律:电阻等于电阻两端的电压与流过电阻的电流之比。电阻其实就是伏安特性曲线
(直线)的斜率。
注意:对应于U/I的电阻叫做线性电阻,简称电阻;对应于ΔU/ΔI的电阻叫做动态电阻。对于线性电阻来说,它的电阻阻值就等于动态电阻阻值。
现在,我们来做进一步的讨论。
在图中,我们看到,当电压偏差ΔU趋于零,但ΔI固定不变,则动态电阻趋于零。即:
。
什么意思呢?
1)若在某过程中,尽管电流变化很大,但电压变化很小,甚至近乎为零,则我们认为此时的系统动态电阻为零;
2)若伏安特性曲线平行于电流轴,则系统的动态电阻为零。
注意这第2条,伏安特性曲线平行于电流轴,这个条件很重要。特别地,当纵轴为电流轴,横轴为电压轴时,也可按此来判断。
我们来看下图:
上图是二极管的伏安特性曲线。注意,纵轴是电流轴,横轴是电压轴。
我们看到,图中绿色线所指的曲线段,曲线近乎平行于电流轴,因此它的动态电阻接近于零;反过来,在零点的左侧和右侧,曲线近乎平行于电压轴,这两个曲线段的动态电阻很大。
左侧平行于电流轴的区域称为反向击穿区,工作在此区域的二极管具有稳压特性,被称为稳压二极管;右侧平行于电流轴的区域属于正向整流区,工