白炽小灯珠的动态IV特性

一、前言

  上午对于小型白炽灯珠的伏安特性进行了测量，为了能够进一步获得它的瞬态特性。下面通过达林顿三极管改变灯泡的工作电流，使用示波器观察快速变化的电流和电压之间的关系。

二、测量电路

  设计测量电路。利用一个达林顿三极管驱动灯泡，输入三角波形可以活动上升和下降电流波形。使用单面PCB制作测试电路，一分钟之后得到测试电路。焊接清洗之后准备测量。电流采样电阻选取 4.7 欧姆电阻。

三、测量结果

  下面来看一下测量结果，使用DG1062产生 1Hz 的三角波形，施加在达林顿三极管的基极。左边是电压电流波形，右边是绘制的电压电流曲线。包括有上升阶段和下降阶段。这个结果更加的奇怪了。

  有可能前面测试电路，小灯珠是连接在达林顿三极管的集电极，属于恒流驱动模式。现在对电路进行了调整，重新制版进行测试。这里将小灯泡连接在达林顿三极管的发射极，这样在输入三角形电压驱动下，灯泡输出恒压工作状态。通过采样电阻获得流过灯泡的电流，通过端口 P1 测量小灯珠的电压。驱动三角波形的频率为 1Hz，这样便可以测量得到小灯珠上面的电压以及流过的电流。可以看到右边的 X-Y 图像，反应了灯珠电压电流上升与下降过程中对应的伏安特性。

  可以看到，在电压上升阶段所测量得到的电流变化与使用万用表测量的结果是相似的，同样在电流的拐点处包括有特殊的电流下降的过程。这似乎显示了此时小灯珠具有负的阻抗特性。电压下降过程，可以看到电流是随着电压单调下降。

四、不同频率对应的IV特性

  下面测试不同频率下，小灯珠的伏安特性。这是在2Hz下，测量得到的小灯珠的伏安特性。如果频率进一步增加，比如 5Hz，可以看到似乎上升和下降过程中都没有出现复阻抗特性。将信号驱动频率降低，这是 0.2Hz，能够看到在电压上升阶段，电流会出现奇怪的下降特性。但是在电压下降阶段，电流是单调的下降。将信号的频率降低到 0.1Hz，此时上升和下降的特性逐步靠近了。在 0.05Hz，电流上升和下降曲线更加接近了。由此我们知道，当上升和下降过程足够慢，电流变化特性就变成相同了。这一点经过实际测量得到了验证。

五、初步解释

  通过测量结果，可以看到对于同样的电压，流过灯丝的电流会具有很大的差异性。特别是在上升阶段，电流还会有随着电压上升而下降的过程。这应该是灯丝的温度在同样外部电压下，由于它内部的热惯性，以及散热的方式不同，引起的温度也不一样。最终造成灯丝的电阻不同，使得电流发生了变化。如果这个过程足够慢，那么 上升和下降过程的温度保持一致，进而电流的变化也会逐步相同。

※ 总  结 ※

  本文对于小型白炽灯瞬态的 IV特性进行了测量。可以看到，如果驱动的电压变化比较快的话，由于灯泡内部具有热惯性，使得在电流上升和下降过程温度不同，进而使得电流也不一样。由于灯丝散热方式的不同，在热辐射与热传导散热的效率不同，进而使得它内部的温度会出现过冲，引起相应的电流会出现下降过程。