用示波法显示稳压二极管的伏安特性曲线
实验者:xxx；
（班级：xxx；学号：xxx）
【摘要】利用示波器检测电阻伏安特性。按照二极管伏安特性曲线显示的原
则接法（见下图a），连接好电路，然后调整示波器和函数信号发生器，最后用示波器的X-Y方式显示稳压二极管的伏安特性曲线。
【关键词】二极管，示波器，伏安特性曲线，测量
【概要】二极管是现代电子线路中的重要元件，所以了解它的伏安特性对分
析电路非常重要。而示波器是一种用途较广的电子仪器，它特别适用于观察瞬时变化过程，能把待测量以图象(波形)形式显示出来。因此，用示波器可以一目了然地观察信号特征，可以直接测定电压的大小。此外，凡一切可以转换成电压的电学量（如电流，阻抗和功率），非电学量（如温度，位移，速度，压力，光强，磁场和频率）都可以用示波器进行测量。
电路中有各种电学元件，如碳膜电阻、线绕电阻、晶体二极管和三极管、光敏和热敏元件等。人们常需要了解它们的伏安特性，以便正确的选用它们。通常以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压—电流关系曲线，叫做该元件的伏安特性曲线。如果元件的伏安特性曲线是一条直线，说明通过元件的电流与元件两端的电压成正比，则称该元件为线性元件（例如碳膜电阻）；如果元件的伏安特性曲线不是直线，则称其为非线性元件（例如晶体二极管、三极管）。本实验通过测量二极管的伏安特性曲线，了解二极管的单向导电性的实质。
设计实验用示波器显示稳压二极管的伏安特性曲线，将二极管的电压U加到示波器的“X轴输入”端，将二极管的电流转化为电压后加到示波器的“Y轴输入”端，从而在示波器屏上得到伏安特性曲线图象，直观的显示二极管的伏安特性。
【实验原理】晶体二极管为一个由P型半导体和N型半导体形成的P-N结，
在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于P-N 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，PN结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。
1. 正向特性：
在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。
2. 反向特性：
在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。
【调试方案设计】
1. 实验仪器：GOS-6021型双踪示波器、YB1602型函数信号发生器、稳压二极管、电源、电阻箱
2. 实验步骤：1、将线路如图a接好。
a
2、打开信号源和示波器，并按照示波器的工作原理调整好示波器，把函数信号发生器调整到使用位置，示波器打到X－Y档，即可得到特征曲线。
3、观察出现的波形，调节R1、R2和示波器的偏转因素使伏安特性曲线大小适中。再确定原点（把CH1和CH2都接地，看亮点是否在示波器的中心点）。
4、最后将特性曲线定量地测绘出来。（注R1为限流电阻，用以防止通过二极管的电流过大造成损失，一般将它先调到1kΩ左右。）
【实验测量】照实验步骤可得用示波法显示稳压二极管的伏安特性曲线，即
下图b。
（b）
由上图可知，本实验能在示波器上同时完整地显示该稳压二极管的正向和反向伏安特性。这是因为GOS-6021型双踪示波器具有两个独立的Y通道——CH1、CH2，可同时显示和测量两个信号波形。CH1：“CH1信号输入”插座。在X-Y 模式时，输入的是X轴偏移信号。CH2：“CH2信号输入”插座。在X-Y模式时，输入的是Y轴偏移信号。
本实验的电路连接是把稳压二极管串联在电路中的，而且电阻也是串联在电路中。稳压二极管通过串联可以获得更多的稳定电压，而串联电阻则是为了更好起到稳压的作用。一般稳压二极管是利用二极管的反向导通性工作的，通过它的电流相对比较小，它也是通过分流才分压，保持输出电压稳定。所以串联电阻更有利于电路输出电压稳定。
对半导体二极管的单向导电特性的分析：
半导体二极管的这种特性，可用前面所述的二极管伏安特性曲线来进一步描述。如上图所示，图中的坐标O点，表示当二极管两端不加电压时，没有电流通过。当二极管加上正向电压时，就有正向电流通过。图中的OA段较平坦，说明这一段范围内，随正向电压增加，二极管电流增加甚微。AB段曲线很陡，电流与电压的关系近似直线关系。对应于B点的电流IF叫做二极管的额定工作电流，或称最大整流电流。实际应用时，如果电流超过额定值IF，，二极管发热太多，一旦超过额定温度(一般规定硅管为1400C)，PN结就会烧毁。B点的电压UF为二极管额定电流时的正向管压降。
当二极管加上反向电压时，PN结阻挡层厚度加宽，二极管呈现很大的反向电阻，即处于截止状态。但在反向电压作用下，仍会有很小的反向电流，只不过由于载流的数量有限，反向电压虽有增加，反向电流几乎不变，如图中OC段曲线所示。反向电流IR可叫做反向饱和电流，反向饱和电流大则说明二极管的单向导电性能差。显然，反向饱和电流越小越好，一般硅二极管约在几十微安以下，锗二极管约几百微安。反向饱和电流受温度影响也极大，它随温度升高而急剧增加。当二极管反向电压超过UR，如图中c点所示，反向电流急剧增大，二极管被反向击穿，UR叫反向击穿电压。反向击穿电压也和环境温度关系极大，随温度升高，反向击穿电压将降低。
额定电流IF，正向管压降UF，反向饱和电流IR和反向击穿电压UR是二极管的四个最基本的参数都可从半导体手册中查到，在使用二极管时，IF和UF都应留有余量。
【结论与总结】
实验心得：通过本实验，我们使用示波器来显示稳压二极管的伏安特性曲线。
改变一定的频率和幅值会相应的伏安德行曲线，而且从所得曲线中可以了解稳压二极管工作时电流随电压的变化关系，可以正确认识正反向特性曲线。通过改变电阻值，我们可以发现伏安特性曲线会发生变化，但变化不大。本实验比较简单，但其理论知识并不简单，一定要有一定的专业知识才可以把实验正真做好。
实验误差：本实验存在着一定的误差。可能是导线连接的问题，为了减小此类误
差我们可以尽量将导线连接整齐，尽量用短导线。
注意事项：
1.荧光屏上光点亮度不可太强,亦不可固定在一点过久,以免烧坏荧光屏.
2.不要经常通、断示波器的电源，以延长示波管的寿命。实验中暂时不用示波器时，可将“辉度”旋至最小，使光点消失。
3.示波器和发生器的所有开关、旋钮、都一定的调节角度和机械寿命，调节时不能用力太大、太猛！
二极管正反特性曲线的辨认：
用黑色和红色的表笔分别接到二极管的两端测出电阻，然后，黑色和红色表笔交换一下位置，接到二极管两端，测出电阻，比较测出的电阻大小，电阻大的一组即为由正极到负极的，反之则相反。
二极管的类型：
二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（G e管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN 结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。
面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。
平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。
二极管的主要参数：
1、额定正向工作电流，是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为140左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如，常用的IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。
2、最高反向工作电压，加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。
3、反向电流，是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管，在25时反向电流若为250uA，温度升高到35，反向电流将上升到500u A，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为
5uA ，温度升高到75时，反向电流也不过160uA 。故硅二极管比锗二极管在高
温下具有较好的稳定性。
二极管的应用
1、整流二极管 利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成
单一方向的脉动直流电
2、开关元件 二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一
只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的
开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。
3、限幅元件 二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为
0.7V ，锗管为0.3V ）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅
度限制在一定范围内。
4、继流二极管 在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。
5、检波二极管 在收音机中起检波作用。
6、变容二极管 使用于电视机的高频头中。
问题一：示波器的两输入端只能输入电压信号，如何反映通过二极管的电流？
解决方案：用一较小阻值的定值电阻（如R=100Ω）与二极管串联，则通过
二极管的电流I D 与电阻上的电流I R 相同，而电阻两端的电压U R =I R R ∝I D ,即可输
入电阻R 上的电压来反映通过二极管的电流。
实验：器材：信号发生器、教学示波器、稳压
二极管、电阻箱各一，导线若干。
电路如图2所示： 结果：只在水平方向有一亮线，增大信号电压，
水平亮线延长，实验失败。
失败原因猜测：可能是在X 方向不能加足够的电压使二极管导通。 问题二：如何验证，必须知道水平方向一格代表多
大电压，即如何给X 轴定标？
解决方案：利用Y 方向的标准，一格表示100mV 及示波管的原理，偏移量
与电压成正比。将信号发生器的正弦信号接示波器的Y 输入，调节信号电压大
小使竖直方向共四格长，表示所加信号电压的最大值为200mV ，然后把这一信
号从X 方向输入示波器，荧光屏上有一长为6.6格的水平亮线，因此，X 方向的
一格表示60mV 。
X 方向左右各五格，最大只能加±300mV 的电压，达不到二极管的最低导
通电压为0.7V ，所以，水平方向为一亮线。
问题三：如何在X 方向加足够的电压使二极管导通，即在X 方向上实现一个具有Y 方向的衰减旋钮相同
功能的装置。 解决方案：分压电路，两电阻R 1R 2串联，若R 1=9R 2则R 2上的电压只有总电压的十分之一，若
R 1=99R 2则R 2上的电压只有总电压的百分之一
实验：另加两只电阻箱将阻值分别调为9K Ω和1K Ω。电路如图3所示。
结果：荧光屏上显示如图4。
图2
这仍不是二极管的伏安特性曲线，将示波器X
输入旁的同步开关拔到
“+”的位置，荧光屏上的
图象上下颠倒，如图5 到此，得到的实际上
是电阻与二极管串联组合
体的伏安特性曲线，并非
真正的二极管的伏安特性
曲线。
问题四：电阻与二极管串联组合体的伏安特性曲线与真正的二极管的伏安特性曲线的关系如何？电阻的阻值对曲线的影响如何？
理论分析：二极管虽不是线性元件，但对不同的电压、电流，仍有对应的阻值R D =U D /I D ，根据串联分压，我们可求出直接加在二极管两端的电压，再描点作图。
过程如下：
①定标
②找数据点
③作图：如图6所示
④由图可知：在二极管导通前及刚
导通电流较小时，电阻对曲线几乎没有
影响，当电流较大时，电阻的影响就凸显出来了。
实验及结果：增大R 的阻值，观
察到图线倾角变小；减小R 的阻值，观察到图线倾角变大，图线变陡，更接
近真正的二极管的伏安特性曲线。
图4 图5
图6
稳压二极管伏安特性 稳压管也是一种晶体二极管，它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。稳压管在稳压设备和一些电子电路中获得广泛的应用。我们把这种类型的二极管称为稳压管，以区别用在整流、检波和其他单向导电场合的二极管。如图画出了稳压管的伏安特性及其符号。 稳压管的主要参数如下： (1)稳定电压Uz Uz就是PN结的击穿电压，它随工作电流和温度的不同而略有变化。对于同一型号的稳压管来说，稳压值有一定的离散性。 (2)稳定电流Iz 稳压管工作时的参考电流值。它通常有一定的范围，即Izmin——Izmax (3)动态电阻rz 它是稳压管两端电压变化与电流变化的比值，如上图所示，即这个数值随工作电流的不同而改变。通常工作电流越大，动态电阻越小，稳压性能越好。 下图示出了稳压管工作时的动态等效电路，图中二极管为理想二极管。
(4)电压温度系数它是用来说明稳定电压值受温度变化影响的系数。不同型号的稳压管有不同的稳定电压的温度系数，且有正负之分。稳压值低于4v的稳压管，稳定电压的温度系数为负值；稳压值高于6v的稳压管，其稳定电压的温度系数为正值；介于4V和6V之间的，可能为正，也可能为负。在要求高的场合，可以用两个温度系数相反的管子串联进行补偿(如2DW7)。 (5)额定功耗Pz 前已指出，工作电流越大，动态电阻越小，稳压性能越好，但是最大工作电流受到额定功耗Pz的限制，超过P2将会使稳压管损坏。 选择稳压管时应注意：流过稳压管的电流Iz不能过大，应使Iz≤Izmax，否则会超过稳压管的允许功耗，I z也不能太小，应使Iz≥Izmin，否则不能稳定输出电压，这样使输入电压和负载电流的变化范围都受到一定限制。
二极管的伏安特性曲线图解 二极管的性能可用其伏安特性来描述。在二极管两端加电压U，然后测出流过二极管的电流I，电压与电流之间的关系i=f(u)即是二极管的伏安特性曲线，如图1所示。 图1 二极管伏安特性曲线 二极管的伏安特性表达式可以表示为式1-2-1 其中iD为流过二极管两端的电流，uD为二极管两端的加压，UT在常温下取26mv。IS为反向饱和电流。 1、正向特性 特性曲线1的右半部分称为正向特性，由图可见，当加二极
管上的正向电压较小时，正向电流小，几乎等于零。只有当二极管两端电压超过某一数值Uon时，正向电流才明显增大。将Uon 称为死区电压。死区电压与二极管的材料有关。一般硅二极管的死区电压为0.5V左右，锗二极管的死区电压为0.1V左右。 当正向电压超过死区电压后，随着电压的升高，正向电流将迅速增大，电流与电压的关系基本上是一条指数曲线。由正向特性曲线可见，流过二极管的电流有较大的变化，二极管两端的电压却基本保持不变。通过在近似分析计算中，将这个电压称为开启电压。开启电压与二极管的材料有关。一般硅二极管的死区电压为0.7V左右，锗二极管的死区电压为0.2V左右。 2、反向特性 特性曲线1的左半部分称为反向特性，由图可见，当二极管加反向电压，反向电流很小，而且反向电流不再随着反向电压而增大，即达到了饱和，这个电流称为反向饱和电流，用符号IS 表示。 如果反向电压继续升高，当超过UBR以后，反向电流急剧增大，这种现象称为击穿，UBR称为反向击穿电压。
图2 二极管的温度特性 击穿后不再具有单向导电性。应当指出，发生反向击穿不意味着二极管损坏。实际上，当反向击穿后，只要注意控制反向电流的数值，不使其过大，即可避免因过热而烧坏二极管。当反向电压降低后，二极管性能仍可能恢复正常。 3、温度对二极管伏安特性的影响 温度升高，正向特性左移，反向特性下移；室温附近，温度每升高1℃；正向压降减少2-2.5mV；室温附近，温度每升高10℃，反向电流增大一倍。二极管的温度特性如图2所示。
稳压二极管伏安特性曲线的反向区、符号和典型应用电路 稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完全一样，稳压二极管伏安特性曲线的反向区、符号和典型应用电路如图1所示。 (a) 符号 (b) 伏安特性 (c) 应用电路图 1 稳压二极管的伏安特性 从稳压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二极管的参数。 (1)稳定电压VZ ——在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。 (2)动态电阻rZ——其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。 RZ愈小，反映
稳压管的击穿特性愈陡。 rz ＝DVZ /DIZ (3)最大耗散功率PZM ——稳压管的最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。反向工作时，PN结的功率损耗为 PZ＝ VZIZ，由PZM和VZ可以决定IZmax。 (4)最大稳定工作电流IZmax和最小稳定工作电流IZmin——稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax＝VZIZmax 。而Izmin对应VZmin。若IZ＜IZmin，则不能稳压。 (5)稳定电压温度系数——温度的变化将使VZ改变，在稳压管中，当êVZê＞7V时，VZ具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。当êVZê＜4V时，VZ具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。 当4V＜êVZê ＜7V时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。 稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。 电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。
半导体二极管伏安特性的研究 P101 【实验原理】 1.电学元件的伏安特性 在某一电学元件两端加上直流电压，在元件内就会有电流通过，通过元件的电流与其两端电压之间的关系称为电学元件的伏安特性。一般以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压-电流关系曲线，称为该元件的伏安特性曲线。 对于碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等电学元件，在通常情况下，通过元件的电流与加在元件两端的电压成正比，即其伏安特性曲线为一通过原点的直线，这类元件称为线性元件，如图3-1 的直线a。至于半导体二极管、稳压管、三极管、光敏电阻、热敏电阻等元件，通过元件的电流与加在元件两端的电压不成线性关系变化，其伏安特性为一曲线，这类元件称为非线性元件，如图3-1 的曲线b、c。伏安法的主要用途是测量研究非线性元件的特性。一些传感器的伏安特性随着某一物理量的变化呈现规律性变化，如温敏二极管、磁敏二极管等。因此分析了解传感器特性时，常需要测量其伏安特性。 图 3–1 电学元件的伏安特性 在设计测量电学元件伏安特性的线路时，必须了解待测元件的规格，使加在它上面的电 压和通过的电流均不超过元件允许的额定值。此外，还必须了解测量时所需其他仪器的规格（如电源、电压表、电流表、滑线变阻器、电位器等的规格），也不得超过仪器的量程或使用范围。同时还要考虑，根据这些条件所设计的线路，应尽可能将测量误差减到最小。 测量伏安特性时，电表连接方法有两种：电流表外接和电流表内接，如图3-2 所示。 （a）电流表内接；（b）电流表外接 图 3–2 电流表的接法 电压表和电流表都有一定的内阻（分别设为R v和R A）。简化处理时可直接用电压表读
用示波法显示稳压二极管的伏安特性曲线 【摘要】本实验采用示波法来显示稳压二极管的伏安特性曲线，通过示波器观察此曲线，了解稳压二极管的一些特性。 【关键字】稳压二极管单向导电特性示波器伏安特性曲线 【概要】稳压二极管是一种具有单向导电性的半导体元件。其特点是击穿后，两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原 因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。设计实验用示波器测 二极管伏安特性，将二极管的电压U加到示波器的“X轴输入”端，将二极管的电流转 化为电压后加到示波器的“Y轴输入”端，从而在示波器屏上得到伏安特性曲线图象， 直观的显示二极管的伏安特性。 【实验原理】 稳压二极管的正向电流与电压、反向电流与电压之 间的关系可用I～V特性曲线表示，如图给出了稳压管的 伏安特性曲线及其符号。从图中可以看出，给二极管两 端加以正向电压，二极管表现为一个低阻值的非线性电 阻，当正向电压较小时，正向电流几乎为零，只有当正 向电压超过死区电压（一般硅管约为0.5V，锗管约为 0.1V）时，正向电流才明显增大，当正向管压降达到导 通时（一般硅管约为0.6～0.7V，锗管约为0.2～0.3V）， 管子才处在正向导通状态。迅速增大的电流值有一最大限度，这个最大限度称为二极管的最大正向电流。给二极管两端加以反向电压，二极管表现为一个高阻值电阻。当反向电压较小时，反向电流很小，当反向电压超过反向击穿电压（一般在几十伏以上）后，反向电流会突然增大，二极管处于击穿状态。
如右图，在a、b端接上交流电压（其最大输出电 压的有效值一般为6～8V左右，并能随时调节）若接 上直流电压，屏幕上只显示正向特征曲线。在Ａ、Ｂ 之间测出的是近似加在待测元件R0的电压，在Ｃ、Ｂ 间的是电阻R的电压，这个电压正比于R0的电流强度。 因而将二极管的电压U加到示波器的“X轴输入”端，将二极管的电流转化为电压后加到示波器的“Y轴输入”端，从而在示波器屏上得到伏安特性曲线图象。 我们希望显示图形从原点往右是X轴正向往上是Y轴的正向，在Y轴加正向电压时，光点往上走，和习惯相同，但对X轴取向，不同示波器有不同情况，连接电路时，根据图形显示情况，可以改变电路的连接方式，使二极管正确的显示。为了正确的显示波形，示波器的Y轴输入和X 轴输入要有公共端。 在测二极管伏安特性时，有时受实验室现有仪器设备本身结构的限制，可能示波器Y轴信号被短路，因此在实际电路设计中，取B点作为接地点。这种情况相当于伏安法测量中的电表内接方式，为了减小系统误差，R选用电阻箱，且值尽可能小，消除这个测量误差的影响。 【调试方案设计】 1.1实验仪器：GOS6021双踪示波器； YB1602型数字函数信号发生器；二极管；变阻箱（0～9999Ω）两个；若干导线。 1.2实验步骤： 1、将线路如右上图接好。 2、打开信号源和示波器，调节信号发生器至正弦交流电压档，输出信号频率f为1kHz左右，输出电压为6～8V左右，示波器打到X－Y档，适当调节示波器，即可得到特征曲线。 3、观察出现的波形，调节R1、R和示波器的偏转因素使曲线大小适中。再确定原点（把CH1和CH2都接地，看亮点是否在示波器的中心点）。 4、最后将特性曲线定量地测绘出来，并记录R1、 R2的阻值，以及信号发生器上的输出频率和输出 电压。 注R1为限流电阻，用以防止通过二极管的电流过大 造成损失，一般将它先调到1kΩ左右。 【实验测量】
二极管伏安特性曲线的研究 一、实验目的 通过对二极管伏安特性的测试，掌握锗二极管和硅二极管的非线性特点，从而为以后正确设计使用这些器件打下技术基础。 二、伏安特性描述 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。 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，应串入限流电阻，以防因反向电流过大而损坏二极管。 二极管伏安特性示意图1-1，1-2 图1－1锗二极管伏安特性图1－2硅二极管伏安特性 三、实验设计 图1-3 二极管反向特性测试电路 1、反向特性测试电路 二极管的反向电阻值很大，采用电流表内接测试电路可以减少测量误差。测试电路如图1-3，电阻选择510Ω
2、正向特性测试电路 二极管在正向导道时，呈现的电阻值较小，拟采用电流表外接测试电路。电源电压在0～10V内调节，变阻器开始设置470Ω，调节电源电压，以得到所需电流值。 图1-4 二极管正向特性测试电路 四、数据记录 见表1-1、1-2 表1-1 反向伏安曲线测试数据表 U(V) I(A u) 电阻计算值(KΩ) 表1-2 正向伏安曲线测试数据表 正向伏安曲线测 试数据I(A m) U(V) 电阻直算值(KΩ) 注意：实验时二极管正向电流不得超过20mA。 五、实验讨论 1、二极管反向电阻和正向电阻差异如此大，其物理原理是什么？ 2、在制定表1－2时，考虑到二极管正向特性严重非线性，电阻值变化范围很大，在表1－2中加一项“电阻修正值”栏，与电阻直算值比较，讨论其误差产生过程。
模拟电子技术课程设计 本文档只需通过world文档繁转简工具，即可以把它 转化成简体字。 二極體伏安特性曲線的研究 一、設計目的 電路中有各種電學元件，如晶體二極管和三極管，光敏和熱敏元件等。人們通常需要瞭解它們的伏安特性，以便正確的選用它們。通常以典雅為橫坐標，電流為縱坐標作出元件的電壓——電流關係曲線，叫做該元件的伏安特性曲線。該設計通過測量二極體的伏安特性曲線，瞭解二極體的導電性的實質，使我們在設計電路時能夠準確的選擇二極體。 二、設計原理 1、二極體的伏安特性 （1）二極體的伏安特性方程為： 式中，Is為反向飽和電流，室溫下為常數；u為加在二極體兩端電壓；UT 為溫度的電壓當量，當溫度為室溫27℃時，UT≈26mV。 當PN結正向偏置時，若u≥UT，則上式可簡化為：IF≈ISeu/UT。 當PN結反向偏置時，若︱u︱≥UT，則上式可簡化為：IR≈－IS。可知- IS 與反向電壓大小基本無關，且IR越小表明二極體的反向性能越好。 對二極體施加正向偏置電壓時，則二極體中就有正向電流通過，隨著正向偏置電壓的增加，開始時，電流隨電壓變化很緩慢，而當正向偏置電壓增至接近其
導通電壓時，電流急劇增加，二極體導通後，電壓少許變化，電流的變化都很大。 對上述二種器件施加反向偏置電壓時，二極體處於截止狀態，其反向電壓增加至該二極體的擊穿電壓時，電流猛增，二極體被擊穿，在二極體使用中應竭力避免出現擊穿觀察，這很容易造成二極體的永久性損壞。所以在做二極體反向特性時，應串入限流電阻，以防因反向電流過大而損壞二極體。 二極體伏安特性示意圖1、2所示。 圖1鍺二極體伏安特性圖2矽二極體伏安特性 2、二極體的伏安特性曲線 下面我們以鍺管為例具體分析，其特性曲線如圖3所示，分為三部分： 圖3 半導體二極體(矽管)伏安特性
二极管伏安特性曲线 测量方法 电路中有各种电学元件，如碳膜电阻、线绕电阻、晶体二极管和三 极管、光敏和热敏元件等。人们常需要了解它们的伏安特性，以便正确 的选用它们。通常以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压一电 流关系曲线，叫做该元件的伏安特性曲线。如果元件的伏安特性曲线是 一条直线，说明通过元件的电流与元件两端的电压成正比，则称该元件 为线性元件（例如碳膜电阻）；如果元件的伏安特性曲线不是直线，则 称其为非线性元件（例如晶体二极管、三极管）。本实验通过测量二极 管的伏安特性曲线，了解二极管的单向导电性的实质。 1实验原理 晶体二极管是常见的非线性元件，其伏安特性曲线如图1所示。 当对晶体二极管加上正向偏置电压，则有正向电流流过二极管， 且随正向偏置电压的增大而增大。开始 电流随电压变化较慢，而当正向偏压增到接近二极管的导通电压（锗二 极管为0.2左右，硅二极管为0.7左右时），电流明显变化。在导通 后，电压变化少许，电流就会急剧变化。 当加反向偏置电压时，二极管处于截止状态，但不是完全没有电 流，而是有很小的反向电流。该反向电流随反向偏置电压增加得很 慢，但当反向偏置电压增至该二极管的击穿电压时，电流剧增，二 极管PN结被反 向击穿。 2、实验方法 2.1伏安法 IN4007 Re 电流表外接法：如图2.1.1所示（开关K打向2位置）⑴，此时电压表的读数等于二极管两端电压U D ;电流表的读数I是流过二极管和电压表的电流之和（比实际值大），即I = |D +lv。
匸V/Rv+V/ R D(1.1)由欧姆定律可得:
用V、I所作伏安特性曲线电流是电压表和二极管的电流之和，显然不是二极管的伏安特性曲线, 所用此方法测量存在理论误差。在测量低电压时，二极管内阻较大，误差较大，随着测量点电压升高，二极管内阻变小，误差也相对减小；在测量二极管正向伏安曲线时，由于二极管正向内阻相对较小，用此方法误差相对较小。 2.1.1 电流表内接法：如图2.1.1所示(开关K打向1位置)，这时电流表的读数I为通过二极管D的电流，电压表读数是电流表和二极管电压之和，U = U D + U A o 由欧姆定律可得：U =I ( R D+ R A) 此方法作曲线所用电压值是二极管和电流表电压之和，存在理论误差，在测量过程中随着电压 U提高，二极管的等效内阻R D减小，电流表作用更大，相对误差增加；小量程电流表内阻R A较大, 引起误差较大。但此方法在测量二极管反向伏安特性曲线时，由于二极管反向内阻特别大，故误差较小。 2.1.2 表2.1.3 此次测量在上图作标纸中绘出伏安曲线 采用伏安法测量时由于电压或电流总有其一不能准确测得，结果总存在理论误差，测量结果较粗略，但此方法电路简单，操作方便。 2.2补偿法 补偿法测量基本原理如图 2.2.1 所示[2]o
用示波法显示稳压二极管的伏安特性曲线 实验者:xxx； （班级：xxx；学号：xxx） 【摘要】利用示波器检测电阻伏安特性。按照二极管伏安特性曲线显示的原 则接法（见下图a），连接好电路，然后调整示波器和函数信号发生器，最后用示波器的X-Y方式显示稳压二极管的伏安特性曲线。 【关键词】二极管，示波器，伏安特性曲线，测量 【概要】二极管是现代电子线路中的重要元件，所以了解它的伏安特性对分 析电路非常重要。而示波器是一种用途较广的电子仪器，它特别适用于观察瞬时变化过程，能把待测量以图象(波形)形式显示出来。因此，用示波器可以一目了然地观察信号特征，可以直接测定电压的大小。此外，凡一切可以转换成电压的电学量（如电流，阻抗和功率），非电学量（如温度，位移，速度，压力，光强，磁场和频率）都可以用示波器进行测量。 电路中有各种电学元件，如碳膜电阻、线绕电阻、晶体二极管和三极管、光敏和热敏元件等。人们常需要了解它们的伏安特性，以便正确的选用它们。通常以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压—电流关系曲线，叫做该元件的伏安特性曲线。如果元件的伏安特性曲线是一条直线，说明通过元件的电流与元件两端的电压成正比，则称该元件为线性元件（例如碳膜电阻）；如果元件的伏安特性曲线不是直线，则称其为非线性元件（例如晶体二极管、三极管）。本实验通过测量二极管的伏安特性曲线，了解二极管的单向导电性的实质。 设计实验用示波器显示稳压二极管的伏安特性曲线，将二极管的电压U加到示波器的“X轴输入”端，将二极管的电流转化为电压后加到示波器的“Y轴输入”端，从而在示波器屏上得到伏安特性曲线图象，直观的显示二极管的伏安特性。 【实验原理】晶体二极管为一个由P型半导体和N型半导体形成的P-N结， 在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于P-N 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，PN结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。
1 二极管的伏安特性 1.2Vdc D1 仿真结果如下： V_V2 0V 0.2V 0.4V 0.6V 0.8V 1.0V 1.2V 1.4V 1.6V 1.8V I(D1) 0A 0.4A 0.8A 1.2A 2 电阻的分压特性 PARAMETERS: L1 C10.5u 设置如下
在这里电阻值是一个变量 仿真结果如下： R 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 V(L1:2) 2.5V 3.0V 3.5V 3 光耦的传输特性 在库文件special.olb 中找到PARAM ，编辑其属性，点击NEW ROW ，设置R ，1K 放置原理图如下： 仿真结果如下：
R 1K 2K 3K 4K 5K 6K 7K 8K 9K 10K V(U2:c) 0V 4V 8V 12V 当输入电流大于2.17/0.8=2.7mA 时，输出低电平；即在输入电压不变下，输入电阻应小于0.8K ； 如果输出上拉电压由24V 减小到5V ，输出低电平的电阻阻值会右移至2.6K 左右。 即最高电压下输出低电平都能够满足的话，当电压降低时，也必然满足； 1）输出上拉电压24V 时，
12V 8V 4V 0V 01K2K3K4K5K6K7K8K9K10K V(U2:c)V(R6:2) R 三极管导通曲线拐点出现在电阻1K左右的位置； 2）输出上拉电压12V时， 8.0V 6.0V 4.0V 2.0V 0V 01K2K3K4K5K6K7K8K9K10K V(U2:c)V(R6:2) R 三极管导通曲线拐点出现在电阻2.4K左右的位置；
实验四二极管伏安特性曲线的测定 【一】实验目的 电路中有各种电学元件，如碳膜电阻、线绕电阻、晶体二极管和三极管、光敏和热敏元件等。人们常需要了解它们的伏安特性，以便正确的选用它们。通常以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压—电流关系曲线，叫做该元件的伏安特性曲线。如果元件的伏安特性曲线是一条直线，说明通过元件的电流与元件两端的电压成正比，则称该元件为线性元件（例如碳膜电阻）；如果元件的伏安特性曲线不是直线，则称其为非线性元件（例如晶体二极管、三极管）。本实验通过测量二极管的伏安特性曲线，了解二极管的单向导电性的实质。 【二】实验原理 晶体二极管是常见的非线性元件，其伏安特性曲线如图1所示。 当对晶体二极管加上正向偏置电压，则有正向电流流过二极管，且随正向偏置电压的增大而增大。开始电流随电压变化较慢，而当正向偏压增到接近二极管的导通电压（锗二极管为0.2左右，硅二极管为0.7左右时），电流明显变化。在导通后，电压变化少许，电流就会急剧变化。 当加反向偏置电压时，二极管处于截止状态，但不是完全没有电流，而是有很小的反向电流。该反向电流随反向偏置电压增加得很慢，但当反向偏置电压增至该二极管的击穿电压时，电流剧增，二极管PN结被反向击穿。
二极管一般工作在正向导通或反向截止状态。当正向导通时，注意不要超过其规定的额定电流；当反向截止时，更要注意加在该管的反向偏置电压应小于其反向击穿电压。但是，稳压二极管却利用二极管的反向击穿特性而恰恰工作于反向击穿状态。本实验用伏安法测定二极管的伏安特性，测量电路如图2所示。 测定二极管的电压与电流时，电压表与电流表有两种不同的接法。如图2，电压表接A 、D 两端叫做电流表外接；电压表接A 、D ′端叫做电流表内接。电流表外接时，其读数为流过二极管的电流I D 与流过电压表电流I V 之和，即测得的电流偏大；电流表内接时，电压表读数为二极管电压V D 与电流表电压V A 之和，即测得的电压偏大。因此，这两种接法都有测量误差。这种由于电表接入电路而引起的测量误差叫做接入误差。接入误差是系统误差，只要知道电压表的内阻R V 或电流表的内阻R A ，就可以把接法造成的测量误差算出来，然后选用测量误差较小的那种接法。电流表外接，造成的电流测量误差为： V D D V D D R R I I I I ==? 电流表内接，造成的电压测量误差为： D A D A D D R R V V V V ==? 其中R D 、R V 、R A 、分别是二极管的内阻，电压表的内阻和电流表的内阻。测量时究竟选用哪种接法，要看R D 、R V 、R A 的大小而定。显然，若R D /R V ＞R A /R D 应选用电流表内接，反之则选用电流表外接。 【三】 实验装置 直流稳压电源、直流电压表2个、直流电流表2个、滑线变阻器、待测二极管、开关、导线等。 注意事项： 1． 为保护直流稳压电源，接通或断开电源前均需先使其输出为零；对输出调节旋钮的调节 必须轻而缓慢。 2． 更换测量内容前，必须使电源输出为零，然后再逐步增加至需要值，以免损坏元件。 3． 测定2AP 型锗二极管的正、反向伏安特性曲线时，注意正向电流不要超过20mA ，反向 电压不要超过25V 。
二极管的伏安特性 伏安特性是指加在二极管两端的电压u与流过二极管的电流，之间的关系，即，I=f(U)。2CPl2(普通型硅二极管)和2AP9(普通型锗二极管)的伏安特。 (1)正向特性。二极管伏安特性曲线的第一象限称为正向特性，它表示外加正向电压时二极管的工作情况。在正向特性的起始部分，由于正向电压很小，外电场还不足以克服内电场对多数载流子的阻碍作用，正向电流几乎为零，这一区域称为正向二极管的伏安特性曲线死区，对应的电压称为死区电压。硅管的死区电压约为0．5V，锗管的死区电压约为0.2V。 当正向电压超过某一数值后，内电场就被大大削弱，正向电流迅速增大，二极管导通，这一区域称为正向导通区。二极管一旦正向导通后，只要正向电压稍有变化，就会使正向电流变化较大，二极管的正向特性曲线很陡。因此，二极管正向导通时，管子上的正向压降不大，正向压降的变化很小，一般硅管为o．7V左右，锗管为0．3V左右。因此，在使用二极管时，如果外加电压较大，一般要在电路中串接限流电阻，以免产生过大电流烧坏二极管。 (2)反向特性。二极管伏安特性曲线的第三象限称为反向特性，它表示外加反向电压时二极管的工作情况。在一定的反向电压范围内，反向电流很小且变化不大，这一区域称为反向截止区。这是因为反向电流是少数载流子的漂移运动形成的；一定温度下，少子的数目是基本不变的，所以反向电流基本恒定，与反向电压的大小无关，故通常称其为反向饱和电流。 当反向电压过高时，会使反向电流突然增大，这种现象称为反向击穿，这一区域称为反向击穿区。反向击穿时的电压称为反向击穿电压，用％R表示。各类二极管的反向击穿电压从几十伏到几百伏不等。反向击穿时，若不限制反向电流，贝,J--极管的PN结会因功耗大而过热，导致PN结烧毁。
线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线 【教学目的】 1、测绘电阻的伏安特性曲线，学会用图线表示实验结果。 2、了解晶体二极管的单向导电特性。 【教学重点】 1、测绘电阻的伏安特性曲线； 2、了解二极管的单向导电特性。 【教学难点】 非线性电阻的导电性质。 【课程讲授】 提问：1.如何测绘伏安特性曲线？ 2.二极管导电有何特点？ 一、实验原理 常用的晶体二极管是非线性电阻，其电阻值不仅与外加电压的大小有关，而且还与方向有关。下面对它的结构和电学性能作一简单介绍。 图1线性电阻的伏安特性图2晶体二极管的p-n结和表示符号晶体二级管又叫半导体二极管。半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。如果在纯净的半导体中适当地掺入极微量的杂质，则半导体的导电能力就会有上百万倍的增加。加到半导体中的杂质可分成两种类型：一种杂质加到半导体中去后，在半导体中会产生许多带负电的电子，这种半导体叫电子型半导体 (也叫n型半导体)；另一种杂质加到半导体中会产生许多缺少电子的空穴(空位)，这种半导体叫空穴型半导体 (也叫p型半导体)。 晶体二极管是由两种具有不同导电性能的n型半导体和p型半导体结合形成的p-n结构成的。它有正、负两个电极，正极由p型半导体引出，负极由n型半导体引出，如图2(a)所示。p-n结具有单向导电的特性，常用图2(b)所示的符号表示。 关于p-n结的形成和导电性能可作如下解释。
图3 p-n结的形成和单向导电特性 如图3(a)所示，由于p区中空穴的浓度比n区大，空穴便由p区向n区扩散；同样，由于n区的电子浓度比p区大，电子便由p区扩散。随着扩散的进行，p区空穴减少，出现 了一层带负电的粒子区(以?表示)；n区的电子减少，出现了一层带正电的粒子区(以⊕表示)。 结果在p型与n型半导体交界面的两侧附近，形成了带正、负电的薄层，称为p-n结。这个带电薄层内的正、负电荷产生了一个电场，其方向恰好与载流子(电子、空穴)扩散运动的方向相反，使载流子的扩散受到内电场的阻力作用，所以这个带电薄层又称为阻挡层。当扩散作用与内电场作用相等时，p区的空穴和n区的电子不再减少，阻挡层也不再增加，达到动态平衡，这时二极管中没有电流。 如图3(b)所示，当p-n结加上正向电压(p区接正，n区接负)时，外电场与内电场方向相反，因而削弱了内电场，使阻挡层变薄。这样，载流子就能顺利地通过p-n结，形成比较大的电流。所以，p-n结在正向导电时电阻很小。 如图3(c)所示，当p-n结加上反向电压(p区接负，n区接正)时，外加电场与内场方向相同，因而加强了内电场的作用，使阻挡层变厚。这样，只有极少数载流子能够通过p-n 结，形成很小的反向电流。所以p-n结的反向电阻很大。 晶体二极管的正、反向特性曲线如图12-4所示。从图上看出，电流和电压不是线性关系，各点的电阻都不相同。凡具有这种性质的电阻，就称为非线性电阻。 图4晶体二极管的伏安特性图5测电阻伏安特性的电路 二、实验仪器 直流稳压电源，万用表（2台），电阻，白炽灯泡，灯座，短接桥和连接导线，实验用 九孔插件方板。
XXXXXX 大学物理设计性实验测定稳压二极管的伏安特性曲线 设计报告 姓名：XX 学号：2009XXXX 专业：XXXXX 班级：XXXX 学院：XXXXXX 指导老师：XXX 2010年12月9日
一、题目选择 电路中二极管的应用比比皆是，有整流二极管、开关元件、限幅元件、继流二极管、变容二极管、稳压二极管等多种类型。为了进一步了解二极管的工作原理，首先要了解它们的伏安特性曲线。 本实验通过对二极管伏安特性曲线的测定，了解二极管的单向导电性的实质。 二、实验原理 1、原理及基础知识 二极管是常见的非线性元件，其伏安特性曲线如图所示： 当对二极管加上正向偏置电压，则有正向电流流过二极管，且随正向偏置电压的增大而增大。开始电流随电压变化较慢，而当正向偏压增到接近二极管的导通电压，电流明显变化。在导通后，电压变化少许，电流就会急剧变化。 当加反向偏置电压时，二极管处于截止状态，但不是完全没有电流，而是有很小的反向电流。该反向电流随反向偏置电压增加得很慢，但当反向偏置电压增至该二极管的击穿电压时，电流剧增，二极管PN结被反向击穿。 2、通过对二极管不同电压下电流的测定，得出一系列电压和电流的数值，在坐标纸上作出U-I曲线,从而得出二极管的伏安特性曲线，进一步形象的认识二极管的单向导电性。由此分析可知，能够达到精度、范围、功能的要求。 3、可行性分析 运用所学过的电学实验的基础知识（电桥法测电阻、伏安法测电阻等），采用实验室已有的电学实验元器件（直流电源、电压表、电流表、滑线变阻器等），设计出一个测定二极管伏安特性曲线的电路。通过对实验电路的控制，得出一系列电压和电流值，从而绘制二极管的伏安特性曲线。
伏安特性实验报告 篇一：电路元件伏安特性的测量(实验报告答案) 实验一电路元件伏安特性的测量 一、实验目的 1．学习测量电阻元件伏安特性的方法； 2．掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法； 3．掌握直流稳压电源和直流电压表、直流电流表的使用方法。 二、实验原理 在任何时刻，线性电阻元件两端的电压与电流的关系，符合欧姆定律。任何一个二端电阻元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系式I＝f(U)来表示，即用I－U平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为电阻元件的伏安特性曲线。根据伏安特性的不同，电阻元件分为两大类：线性电阻和非线性电阻。线性电阻元件的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-1（a）所示。该直线的斜率只由电阻元件的电阻值R决定，其阻值R为常数，与元件两端的电压U和通过该元件的电流I无关；非线性电阻元件的伏安特性曲线不是一条经过坐标原点的直线，其阻值R不是常数，即在不同的电压作用下，电阻值是不同的。常见的非线性电阻如白炽灯丝、普通二极管、稳压二极管等，它们的伏安特性曲线如图1-1（b）、（c）、（d）所示。
在图1-1中，U ＞0的部分为正向特性，U＜0的部分为反向特性。 (a)线性电阻 (b)白炽灯丝 绘制伏安特性曲线通常采用逐点测试法，电阻元件在不同的端电压U作用下，测量出相应的电流I，然后逐点绘制出伏安特性曲线I＝f(U)，根据伏安特性曲线便可计算出电阻元件的阻值。 三、实验设备与器件 1.直流稳压电源 1 台 2.直流电压表1 块 3.直流电流表1 块 4.万用表 1 块 5.白炽灯泡 1 只 6. 二极管1 只 7.稳压二极管1 只 8.电阻元件 2 只 四、实验内容 1．测定线性电阻的伏安特性按图1-2接线。调节直流稳压电源的输出电压U，从0伏开始缓慢地增加（不得超过10V），在表1-1中记下相应的电压表和电流表的读数。 2 将图1-2中的1kΩ线性电阻R换成一只12V，0.1A的灯泡，重复1的步骤， 在表1-2中记下相应的电压表和电流表的读数。 3 按图1-3接线，R为限流电阻，取200Ω，二极管的型号为1N4007。测二极
稳压二极管伏安特性曲线的测绘实训报告 实训小组： 姓名： 实训地点： 实训时间： 一、实验目的 1、 掌握二极管伏安特性的测量方法。 2、 通过测绘稳压二极管的正向特性去曲线及反向特性曲线，加深理解二极管的单向导电性和稳压二极管的稳压性能。 二、实验线路 实验线路如图所示： + - 三、实验器材 1、直流稳压电源； R P R V 2、电阻器、电位器、稳压二极管； 10K ? 100? 2CW 3、万用表； V G 4、直流毫安表； 5、直流微安表； -B 6、直流电压表 (a) 四、实验内容及步骤 1、测量二极管的特性 + - ①按实验图a 接好线路并复 查一次。 R P R V ②调节稳压电源输出直流电 10K ? 100? 2CW 压为5V ，接入实验电路， “+”接 V G A ，“-”接B 。 ③调节R P 使二极管反向电压 -B V D 依次偎实验表1所示数值，并 (b) 读出相应的各正向电流I D ，填入 表中。 V D /V 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 I D /mA 2、 测量二极管的反向特性 ①把实验图a 线路中的直流毫安表换成直流微安表，将稳压二极管方向接入电路， 调节稳压电源使输出电压为15Ｖ，接入电路，保持ＶＡＢ＝１５Ｖ。 ②调节ＲＰ是二极管反向电压ＶＤ依次为实验表２所示数值（对于二极管而言是反 ＤV D /V －２.５ －５ －７.５ －１０ －１２.５ －１５ I D /mA ３、绘制被测稳压二极管伏安特性曲线（写到试卷反面） 画入正、反向伏安特性曲线 五、思考题 １、如将稳压二极管换成普通二极管，能否用同样的实验方法测绘他的伏安特性曲线？ ２、测普通二极管方向特性曲线时，应注意什么？ V mA V μΑ
二极管伏安特性曲线的研究 1 2 3 一、设计目的 4 电路中有各种电学元件，如晶体二极管和三极管，光敏和热敏元件等。人们5 通常需要了解它们的伏安特性，以便正确的选用它们。通常以典雅为横坐标，6 电流为纵坐标作出元件的电压——电流关系曲线，叫做该元件的伏安特性曲线。7 该设计通过测量二极管的伏安特性曲线，了解二极管的导电性的实质，使我们8 在设计电路时能够准确的选择二极管。 9 10 二、设计原理 11 1、二极管的伏安特性 12 （1）二极管的伏安特性方程为： 13 式中，Is为反向饱和电流，室温下为常数；u为加在二极管两端电压；UT 14 15 为温度的电压当量，当温度为室温27℃时，UT≈26mV。 16 当PN结正向偏置时，若u≥UT，则上式可简化为：IF≈ISeu/UT。 17 当PN结反向偏置时，若︱u︱≥UT，则上式可简化为：IR≈－IS。可知- IS 18 与反向电压大小基本无关，且IR越小表明二极管的反向性能越好。 19 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，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 20 21 其导通电压时，电流急剧增加，二极管导通后，电压少许变化，电流的变化都
很大。 22 23 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24 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25 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26 向特性时，应串入限流电阻，以防因反向电流过大而损坏二极管。 27 二极管伏安特性示意图1、2所示。 28 29 图1锗二极管伏安特性图2硅二极管伏安特性 30 31 2、二极管的伏安特性曲线 下面我们以锗管为例具体分析，其特性曲线如图3所示，分为三部分： 32 33
一、名称：二极管伏安特性曲线的测绘 二、目的： 依据二极管非线性电阻元件的特点，选择实验方案，设计合适的检测电路，选择配套的仪器，测绘出二极管元件的伏安特性曲线。 三、仪器： μ）、万用表、电阻箱、滑直流稳压电源、直流电流表、直流微安表（500A 线电阻、单刀开关、导线、待测二极管等。 四、原理： 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。 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。 二极管伏安特性示意图如图： 五、步骤： （1）反向特性测试电路。二极管的反向电阻值很大，采用电流表内接测试电路可以减少测量误差。测试电路见图，变阻器设置700Ω。
（2）正向特性测试电路。二极管在正向导通时，呈现的电阻值较小，拟采用电流表外接测试电路，电源电压在0~10V内调节，变阻器开始设置700Ω， 调节电源电压，以得到所需电流值。 图2－3 二极管反向特性测试电路 图2－4 二极管正向特性测试电路 六、数据： 反向伏安曲线测试数据表 () U V μ I A () 电阻计算值() KΩ 正向伏安曲线测试数据表 正向伏安曲线测试数据 () I mA U V () 电阻计算值() KΩ 电阻修正值() Ω 七、数据处理:
测定半导体二极管的伏安特性 1 背景知识 电子器件的伏安特性 电子器件的伏安特性是指流过电子器件的电流随器件两端电压的变化特性,测定出电子 器件的伏安特性，对其性能了解与其实际应用具有重要意义。在生产和科研中，可用晶体管特性图示仪自动测绘其曲线，在现代实验技术中，可用传感器及计算机进行测定给出测量结果。如果手头没有现成的自动测量仪器，提出应用电流表和电压表进行人工测量的方法，进行应急的测量是很有用的。 半导体二极管 半导体二极管是具有单向导电性的非线性电子元件，其电阻值与工作电流（或电压）有关。二极管的单向导电性就是PN结的单向导电性：PN结正向偏置时，结电阻很低，正向电流 甚大（PN结处于导通状态）；PN结反向偏置时，结电阻很高，反向电流很小（PN结处于截止 状态），这就是PN结的单向导电性。 （正向偏置）；（反向偏置）。 二极管的结构：半导体二极管是由一个PN结，加上接触电极、引线和管壳而构成。按内 部结构的不同，半导体二极管有点接触和面接触型两类，通常由P区引出的电极称为阳极，N 区引出的电极称为阴极。 二极管的伏安特性及主要参数：二极管具有单向导电性，可用其伏安特性来描述。所谓 伏安特性，就是指加到二极管两端的电压与流过二极管的电流的关系曲线，如下图所示。这个特性曲线可分为正向特性和反向特性两个部分。 图1 二极管的伏安特性曲线 （1）正向特性 当二极管加上正向电压时，便有正向电流通过。但是，当正向电压很低时，外电场还不
能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动所形成的阻力，故正向电流很小，二极管呈现很大的电阻。当正向电压超过一定数值（硅管约，锗管约）以后，内电场被大 大削弱，二极管电阻变得很小，电流增长很快，这个电压往往称为阈电压UTH(又称死区电压：0-U0)。二极管正向导通时，硅管的压降一般为，锗管则为。 导通以后，在二极管中无论流过多大的电流（当然是允许范围之内的电流），在极管的两端将始终是一个基本不变的电压，我们把这个电压称为二极管的“正向导通压降”。（2）反向特性 二极管加上反向电压时，由于少数载流子的漂移运动，形成很小的反向电流。反向 电流有两个特性：一是它随随温度的增加而增长得很快，这是由于少数载流子的数量随随温度增加而按指数规律迅速增长的缘故；二是在反向电压不超过某一范围时，反向电流不随反向电压改变而达到饱和，故这个电流IBO称为反向饱和电流。 当加二极管的反向电压过高时，反向电流突然急剧增大，二极管失去单向导电性， 这种现象称为电击穿，这个电压URB称为反向击穿电压。发生击穿的原因是外加的强电场强制地把原子的外层价电子拉出来使载流子数目急剧上升。而处于强电场中的载流子又因获得很大的能量，而将其它价电子撞击出来，产生更多的载流子，如此连锁反应，使反向电流迅速增大，这种现象称为雪崩击穿。因此，当二极管的反向电压接近或超过击穿电压URB，又没有适当的限流措施时，将会因电流大，电压高而使管子造成永久性的损坏。 （3）主要参数 1、最大整流电流IOM 最大整流电流是指二极管能够允许通过的最大正向平均电流值。当电流超过这个允 许值时，二极管会因过热而烧坏，使用时务必注意。 2、反向击穿电压URB与最高反向工作电压URM URB是指二极管反向击穿时的电压值。击穿后，其反向电流剧增，二极管的单向导 性被破坏，甚至管子因过热而烧坏。一般手册上给出的最高反向击穿电压URM约为 反向击穿电压的一半或三分之二，经确保管子安全运行。 3、最大反向电流IRM
用示波法显示稳压二极管伏安特性曲线 实验者同组实验者： A08电气一班080402116 A08电气一班080402117 【引言】：用示波器的X-Y方式显示稳压二极管的伏安特性曲线 【摘要】：利用负载电阻对稳压二极管电流特性的模拟，通过双综示波器的调节，使能在示波器屏幕上直接读出稳压二极管的伏安特性曲线，得出稳压二极管是一种用于稳定电压，且工作在反向击穿状态下的二极管。 【关键字】：稳压二极管示波器伏安特性曲线 【实验原理】： 稳压二极管又称齐纳管，是一 种用特殊工艺制造的面结型硅半 导体二极管。稳压二级管具有单向 导电性，其稳压作用在于电流增量 I很大，只引起很小的电压变化V, 伏安特性曲线愈陡，动态电阻r愈 小，稳压管的稳定性能愈好。稳压 二级管两端加正向电压时（电压值 小于门坎电压），正向电流几乎为零，稳压二级管呈现出一个大电阻，一旦超过门坎电压，稳压管导通，内电场大为削弱，电流因而迅速增大；若稳压二级管加反向电压时，电流很小，当反向电压加到某一定值时，反向电流激增，产生反向击穿，击穿电压即为稳压二级管的稳定电压。 如上图，在电源端输入信号，负载R1为限流电阻，它的作用是使电路有一个合适的工作状态，并限定电路的工作电流。XE两端测得的是稳压管D两端的电压，YE 两端测得的是R2两端的电压，电阻R2两端的电压与流经稳压二极管的电流强度成正比。故将稳压二极管的电压U加到示波器的“X轴输入”端，将稳压二极管的电流转化为电压后加到示波器的“Y轴输入”端，从而在示波器屏上得到伏安特性曲线图象。 【测试方案】 一.主要仪器： GOS-6021型双踪示波器 EE1410型数字合成函数信号发生器稳压二极管 ZX21型变阻箱两个，导线若干 二.实验步骤