白熾小燈珠的動態IV特性

一、前言

??上午對于小型白熾燈珠的伏安特性進行了測量，為了能夠進一步獲得它的瞬態特性。下面通過達林頓三極管改變燈泡的工作電流，使用示波器觀察快速變化的電流和電壓之間的關系。

二、測量電路

??設計測量電路。利用一個達林頓三極管驅動燈泡，輸入三角波形可以活動上升和下降電流波形。使用單面PCB制作測試電路，一分鐘之后得到測試電路。焊接清洗之后準備測量。電流采樣電阻選取 4.7 歐姆電阻。

三、測量結果

??下面來看一下測量結果，使用DG1062產生 1Hz 的三角波形，施加在達林頓三極管的基極。左邊是電壓電流波形，右邊是繪制的電壓電流曲線。包括有上升階段和下降階段。這個結果更加的奇怪了。

??有可能前面測試電路，小燈珠是連接在達林頓三極管的集電極，屬于恒流驅動模式。現在對電路進行了調整，重新制版進行測試。這里將小燈泡連接在達林頓三極管的發射極，這樣在輸入三角形電壓驅動下，燈泡輸出恒壓工作狀態。通過采樣電阻獲得流過燈泡的電流，通過端口 P1 測量小燈珠的電壓。驅動三角波形的頻率為 1Hz，這樣便可以測量得到小燈珠上面的電壓以及流過的電流。可以看到右邊的 X-Y 圖像，反應了燈珠電壓電流上升與下降過程中對應的伏安特性。

??可以看到，在電壓上升階段所測量得到的電流變化與使用萬用表測量的結果是相似的，同樣在電流的拐點處包括有特殊的電流下降的過程。這似乎顯示了此時小燈珠具有負的阻抗特性。電壓下降過程，可以看到電流是隨著電壓單調下降。

四、不同頻率對應的IV特性

??下面測試不同頻率下，小燈珠的伏安特性。這是在2Hz下，測量得到的小燈珠的伏安特性。如果頻率進一步增加，比如 5Hz，可以看到似乎上升和下降過程中都沒有出現復阻抗特性。將信號驅動頻率降低，這是 0.2Hz，能夠看到在電壓上升階段，電流會出現奇怪的下降特性。但是在電壓下降階段，電流是單調的下降。將信號的頻率降低到 0.1Hz，此時上升和下降的特性逐步靠近了。在 0.05Hz，電流上升和下降曲線更加接近了。由此我們知道，當上升和下降過程足夠慢，電流變化特性就變成相同了。這一點經過實際測量得到了驗證。

五、初步解釋

??通過測量結果，可以看到對于同樣的電壓，流過燈絲的電流會具有很大的差異性。特別是在上升階段，電流還會有隨著電壓上升而下降的過程。這應該是燈絲的溫度在同樣外部電壓下，由于它內部的熱慣性，以及散熱的方式不同，引起的溫度也不一樣。最終造成燈絲的電阻不同，使得電流發生了變化。如果這個過程足夠慢，那么 上升和下降過程的溫度保持一致，進而電流的變化也會逐步相同。

※ 總??結 ※

??本文對于小型白熾燈瞬態的 IV特性進行了測量。可以看到，如果驅動的電壓變化比較快的話，由于燈泡內部具有熱慣性，使得在電流上升和下降過程溫度不同，進而使得電流也不一樣。由于燈絲散熱方式的不同，在熱輻射與熱傳導散熱的效率不同，進而使得它內部的溫度會出現過沖，引起相應的電流會出現下降過程。