二极管伏安特性的测定与二极管动态测试

  

一、实验目的

 1.了解二极管的特性及方法

 2.掌握二极管伏安特性的测试方法 

 3.掌握用逐点法描绘二极管的伏安特性曲线

二、实验仪器

标准电阻、电容、电阻、数字万用表、面包板、示波器、电位器、待测二极管、直流稳压电源等。

三、实验概述

1、实验原理：

 1）晶体二极管的导电特性： 

 晶体二极管无论加上正向或反向电压，当电压小于一定数值时只能通过很小的电流，只有电压大于一定数值时，才有较大电流出现，相应的电压可以称为导通电压。正向导通电压小，反向导通电压相差很大。当外加电压大于导通电压时，电流按指数规律迅速增大，此时，欧姆定律对二极管不成立。

 2）正向电压：

对二极管施加正向偏置电压时，则二极管中就有正向电流通过（多数载流子导电），随着正向偏置电压的增加，开始时，电流随电压变化很缓慢，而当正向偏置电压增至接近二极管导通电压时（锗管

为0.2V左右，硅管为0.7V左右），电流急剧增加，二极管导通后，电压的少许变化，电流的变化都很大。

    3）反向电压：

    对上述二种器件施加反向偏置电压时，二极管处于截止状态，其反向电压增加至该二极管的击穿电压时，电流猛增，二极管被击穿，在二极管使用中应竭力避免出现击穿观察，这很容易造成二极管的永久性损坏。所以在做二极管反向特性时，应串联接入限流电阻，以防因电流过大而损坏二极管。

2、实验步骤

1）将数字万用表调零，调节电源电压至5V（直流），检测各电阻元件是否能够正常工作；

2）使用万用数字表测量各电阻的阻值，并记录测量值；

3）按照图1-1在面包板上搭接电路，接通电源，调节电位器，依次测量并记录二极管电压及对应的通过电流；

                图1-1

4）根据实验数据画出二极管的伏安特性曲线图，验证二极管的伏安特性；

5）按图1-2在面包板上搭接电路，接通电源，用示波器进行记录波形。

                   图1-2

四、实验数据

实验数据分析：

伏安特性曲线：

正向：

反向：

动态测量波形图：

五、实验心得

实验中的问题：实验中第一次电阻过大，分压过大，导致二极管两端电压变化不明显；第二次测量电流时发现无法读出数据，检查后发现保险丝已烧断。

在实际发现和解决问题的过程中，感到实验的严谨性是不可忽视的，实验室中很多同学都发生了类似的问题，为保证实验的准确性和高效性，在以后的实验中，我们需要更加仔细的检查每一个环节是否正确，保证实验的安全性。

在之后的实验数据处理和实验报告制作中，了解到二极管伏安特性的特色和呈现该特色的原因，绘制出伏安特性图并且对二极管进行了动态测试，观察了其波形图。

 

第二篇：测量二极管的伏安特性

实验五  测量二极管的伏安特性

一、实验目的：

1、学习测量伏安特性的方法；

2、了解二极管的伏安特性。

二、实验仪器

稳压电源、滑线变阻器、待测二极管、指针式万用表、数字万用表

万用电表结构、原理，操作规程见实验三制流电路和分压电路的相关论述，请同学们认真学习

三、实验原理

 实验中常用的线绕电阻、碳膜电阻及金属膜电阻等，均为线性电阻。即加在该电阻上的电压与通过其中的电流总是成比例的变化。若以纵轴表示电流，横轴表示电压作图，得到一条直线。这类电阻严格服从欧姆定律。反之，不满足欧姆定律或加在其上电压与通过的电流没有线性关系的元件，均成为非线性电阻元件，如二极管。

以纵轴表示通过非线性电阻元件上的电流，以横轴表示加在其上的电压，所得图像为一曲线。即图上各点的电压与电流的比值，不是一个常数。此时说这个器件的阻值是多少，意义是不明确的。只有在电压、电流为确定值时，才有确定的涵义。用任何一个阻值，都不能表明这种器件的电阻特性，一般用I~U曲线来反映，称之为伏安特性曲线。

二极管的伏安特性曲线如图一所示。

若给二极管加正向偏置电压（即在二极管的正端接高电位，负端接低电位），则二极管有正向电流通过（多数载流子导电），电路中有较大的电流。随着正向电压的增加，电流也增加。开始时，电流随电压变化很缓慢，而当正向电压增到二极管的导通电压时（锗管为0.2V左右，硅管为0.7V左右）电流急剧变化，且在导通时，电压变化少许，电流就会有很大的变化。

相反，若在二极管上加反向偏向电压（即在二极管的正极接低电位，负极接高电位），当电压较小时，二极管处截止状态，此时反向电流很小。其值随反向电压的增高而增高得特别缓慢，几乎保持恒定。当反向电压则增到该二极管的击穿电压时，电流猛增，这种现象称之为二极管被击穿。

通常测定二极管伏安特性有两种方法。

1、伏安法

伏安法测定电阻是电磁测量中最基本测量方法之一，利用欧姆定律的原理，验证U、I、R三者之间的关系。实验所用仪器为电压表，电流表等，简单且使用方便，但在具体测量中，电表的内阻对测量结果有影响，所以该方法有明显的系统误差。当有直流电流通过待测电阻时，用电压表测出两端的电压U，同时用电流表测出通过的电流，然后根据欧姆定律算出待测电阻的数值。

伏安法测电阻时，电表的接法有两种：

内接法－电流表接在电压表的里侧；外接法－电流表接在电压表的外侧。

但这两种接法都不可能同时测准电压和电流，使测量结果产生系统误差。根据待测电阻的大小，选择合适的接法，可以使系统误差较小，甚至可以忽略不计。二极管的伏安特性也可以用这种方法，就将电阻换成二极管进行测量。

因二极管的反向电阻R_x>>R_A，故可以测二极管的反向伏安特性，误差较小。见图二

因二极管的正向电阻R_x 在导通电压以R_x<<R_V ，故用来测定二极管的正向伏安特性，误差较小见图三。

          

          图二  内接法                      图三  外接法

2、电桥法

电桥法测二极管正向特性线路，见图四所示，当检流计G指零时，电压表示二极管两端的正向电压值，电流表示值表示流过二极管的正向电流。 为限流电阻， 为分压电阻，改变 ， 的值，电压表示值随之改变，如果G指示为零，则电压表示值就是二极管端压 。因G指零时，桥路平衡，故称之电桥法。

 如果将稳压电源的极性反向连接，按与上述相同的方法，可测量二极管的反向特性曲线。

电桥法消除了电流表的降压，电压表的分流引起的系统误差，因此非常准确。但只能采取试探性调整R₁、R₂、，每点都要反复多次调整，才能使G指零。达到平衡，测定V，I。因此，非常麻烦和费。

用电流表内接法外接法测定二极管伏安特性，因为电流表要降压，电压表要分流，都用电表测量存在比较大的系统误差，但操作方便，因而在要求不高的场合中使用。现在数字万用表电压档接入电阻已达10M，分流只有几微安，故用它测定二极管的正向电压时，几乎达到了电桥法的精度。只需移动变阻器触头C一次，就能读出该点的I，V。而因我们采用内接法外接法测定二极管伏安特性，用指针表测电流，数字万用表测电压，达到了方便、快速、准确。

四、实验内容

1．测量二极管的正向特性

（1）按图3，接好线路，接通电源，使二极管正向导通。电源电压调至1.5V，预置的触头C在中央。移动C，观察在导通区加在二极管上电压随电流变化的现象，并确定电压和电流的测量范围。（电流I在100mA以内）

（2）测量二极管正向特性曲线。不要间隔的取点，在电流变化缓慢区电压间隔取得疏一些，在变化迅速区，间隔取的疏些。以硅管为例，电压在0-0.6V区间每隔0.1V取一个点，而在0.6V-0.8V区间每隔0.05V取一个点为好。锗管电压在0.3V以内，每隔0.1伏取一点，以后每隔0.05伏测一点，测到80mA为止。注意在测量中不断选择电流档量程。使读数在该档量程1/10以上。

2．测量二极管的反向特性。（测同一个二极管）

（1）按图二连接线路，的触头C置于中心，使二极管反向导通。

（2）定性观察二极管的反向特性。电源电压不要超过所用二极管的击穿电压，同时通过观察确定出电压的调节范围。测量从0V开始，每隔2—4V取一个点，直到电流变化迅速区间，I≤50μA，间隔可取的密一些。

五、数据记录及处理

1、列表记录数据

表一  正向测量值

表二  反向测量值

2、作图：

根据表一、表二的数据在坐标纸上按图五作出I~U曲线图，图中一大格对应坐标纸上一厘米。

3、根据I~ U曲线指出二极管的伏安特性。

                             图五

 

六、思考题

  1、为什么测二极管正向伏安特性时，采用电流表外接法，反之采用电流表内接法？

2、为什么要用指针万用表测电流，而用数字万用表测电压？

参考文献

[1] 邵建新.二极管伏安特性电路的改进，物理实验 2002，22（3）42-43.。同学们可在中国期刊网中查阅相关论文。