二極管伏安特性曲線測量方法研究

word文檔可自由復(fù)制編輯word文檔可自由復(fù)制編輯word文檔可自由復(fù)制編輯二極管伏安特性曲線測量方法研究 摘要：通過使用伏安法、補償法、等效法、示波器法測量二極管伏安特性曲線,介紹各自的測量方法并對其優(yōu)缺點做以比較,評價出在不同使用范圍下最好的方法.關(guān)鍵詞：V-I特性曲線;電流表;電壓表;檢流計;示波器Diodevolt-amperecurveMeasurementZhanLongXi(ChuxiongNormalUniversityDepartmentofphysicsin11gradeclass1Electric20111041138)Abstract：Throughavolt-amperemeterlaw,compensationlaw,suchasthefollowing,oscilloscopemeasurementdivolt-amperecharacteristicsofthestudy,Tointroducetheirownmethodsofmeasurementandmethodologytocompaadvantagesanddisadvantagesofdoing,Inadifferentevaluationoftheuseofthenextbestwayto.Keywords：V-Icurve;Ammeter;VoltageMeter;Galvanometer;Oscilloscope二極管作為電路中的基本元件，其開啟電壓是一個重要參數(shù)，可通過測量二極管伏安特性曲線得到開啟電壓。通常測定二極管伏安特性曲線的方法有伏安法、補償法、等效法等，本文又引入了示波器法，并對以上方法各自的優(yōu)缺點進行分析。1實驗方法1.1伏安法圖1.1.1伏安法測二極管伏安特性曲線電路圖電流表外接法：如圖1.1.1所示（開關(guān)K打向2位置）[1]，此時電壓表的讀數(shù)等于二極管兩端電壓UD；電流表的讀數(shù)I是流過二極管和電壓表的電流之和（比實際值大），即I=ID+Iv。由歐姆定律可得：I=V/Rv+V/R(1.1)D用V、I所作伏安特性曲線電流是電壓表和二極管的電流之和，顯然不是二極管的伏安特性曲線，所用此方法測量存在理論誤差。在測量低電壓時，二極管內(nèi)阻較大，誤差較大，隨著測量點電壓升高，二極管內(nèi)阻變小，誤差也相對減?。辉跍y量二極管正向伏安曲線時，由于二極管正向內(nèi)阻相對較小，用此方法誤差相對較小。表1.1.1電流表外接法測二極管正向伏安特性曲線測量數(shù)據(jù)電壓電壓U/v0.100.200.300.400.500.550.600.650.680.70電流I/mA0.0750.1250.1870.270.570.901.52.202.803.30此次測量所繪伏安曲線如圖1.1.2所示。圖1.1.2電流表外接法所測二極管的伏安特性曲線電流表內(nèi)接法：如圖1.1.1所示（開關(guān)K打向1位置），這時電流表的讀數(shù)I為通過二極管D的電流，電壓表讀數(shù)是電流表和二極管電壓之和，U=UD+UA。由歐姆定律可得：U=I（RD+RA）此方法作曲線所用電壓值是二極管和電流表電壓之和，存在理論誤差，在測量過程中隨著電壓U提高，二極管的等效內(nèi)阻RD減小，電流表作用更大，相對誤差增加；小量程電流表內(nèi)阻RA較大，引起誤差較大。但此方法在測量二極管反向伏安特性曲線時，由于二極管反向內(nèi)阻特別大，故誤差較小。表1.1.2電流表內(nèi)接法測量二極管正向伏安特性曲線測量數(shù)據(jù)電壓電壓U/v0.100.200.300.400.500.550.600.650.680.70電流I/mA0000.0250.200.450.801.201.571.75此次測量所繪伏安特性曲線如圖1.1.3所示。表1.1.3電流表內(nèi)接法測量二極管反向伏安特性曲線數(shù)據(jù)電壓電壓U/v51015202530電流I/mA000000采用伏安法測量時由于電壓或電流總有其一不能準確測得，結(jié)果總存在理論誤差，測量結(jié)果較粗略，但此方法電路簡單，操作方便。圖1.1.3電流表內(nèi)接法所測二極管伏安特性曲線1.2補償法補償法測量基本原理如圖1.2.1所示[2]。圖1.2.1補償法測二極管伏安特性曲線電路圖工作原理：當兩直流電源的同極端相連接，而且其電動勢大小恰好相等時（UBC=UBA），回路中無電流通過檢流計G，其指示為0，此時電流表A的讀數(shù)是通過二極管的電流，電壓表的讀數(shù)是二極管兩端的電壓，這樣在表上讀取的電壓和電流的數(shù)值，作V-I曲線就不存在理論誤差。測量步驟：（1）調(diào)C點到最左端，調(diào)R到最大；（2）合上K1；斷開K0、K2；（3）調(diào)節(jié)C點到選定電壓V；（4）合上K2、K0；調(diào)節(jié)R，使G指示為0；（5）閉合再斷開K0觀察G有無變化，若有變化則進一步調(diào)節(jié)R，直到K0斷開、閉合G無變化為止，記錄V和A的讀數(shù)；（6）重復(fù)2～5步驟，測量出一組V-I值，作V-I曲線。補償法在測量中理論誤差為零，實驗中誤差主要來源于儀器的精確度及測量中的隨機誤差和視力引起的誤差還有過失誤差等。此方法測量精確度較高，但電路較為復(fù)雜，操作比較麻煩。表1.2.1補償法測量二極管正向伏安特性曲線數(shù)據(jù)電壓電壓U/v0.100.200.300.400.500.550.600.650.680.70電流I/mA0000.020.260.561.131.792.372.96此次測量所繪曲線如圖1.2.2所示。1.2.2補償法所測二極管伏安特性曲線1.3等效法等效法測量電路如圖1.3.1所示[3]。圖1.3.1等效法測二極管伏安特性曲線電路圖測量原理：保持P點不變，調(diào)節(jié)R0使無論K2在位置還是2位置，電壓表上度數(shù)不變，這時有：RD=RA+R0故I=Ia。此方法避免了測量二極管支路電流時由于接入電表引起的理論誤差。測量步驟：（1）P點調(diào)節(jié)到最下端，R0調(diào)到最大，合上K1；（2）K2合到位置1，調(diào)節(jié)P點使V達到測量電壓值；（3）保持P點不動，K2合到2位置，調(diào)節(jié)R0使電壓表數(shù)值為V，記錄下V，IA值；（4）重復(fù)2～3步，測出一組V-IA值，作V-I曲線[4]。此方法沒有理論誤差，線路較簡單，相對易操作，測量精確度較高（與補償法相當）。表1.3.1利用等效法測量二極管伏安曲線數(shù)據(jù)電壓電壓U/v0.10.20.30.40.50.550.600.650.680.7電流I/mA0000.020.250.561.141.82.392.98此次測量繪圖如圖1.3.2所示。圖1.3.2等效法所測二極管伏安特性曲線1.4示波器法示波器法測量電路如圖1.4.1所示。圖1.4.1示波器法測二極管伏安特性曲線電路圖測量步驟:利用示波器的雙蹤顯示,將CH1、CH2的輸入耦合打到GND,將CH1、CH2的掃描基線調(diào)出來,且都與正中水平標尺重合,將旋紐旋到X-Y處,進入“X-Y”工作方式,使掃描基線變?yōu)橐稽c,調(diào)節(jié)水平移動旋紐,使這點與標尺坐標原點重合,然后將CH1、CH2的輸入耦合打開[5]。打開交流函數(shù)信號發(fā)生器,使用正泫波或方波，將輸入電壓適當調(diào)大，再把函數(shù)頻率適應(yīng)調(diào)大些，即可觀察到示屏上出現(xiàn)一條曲線，此曲線即是二極管的伏安特性曲線，如圖1.4.2。圖1.4.2示波器法所測二極管伏安特性曲線2比較分析從測量方法方面比較：利用伏安法測量電路最簡單，操作方便，但結(jié)果誤差比較大;利用補償法和等效法測量結(jié)果精確度較高，但電路相對復(fù)雜，二者相比使用等效法稍易操作；示波器法在測量時非常直觀，適合用于演示教學(xué)。在普通測量時要求精度高推薦使用補償法和等效法；在觀察曲線時推薦利用示波器法。3結(jié)論利用伏安法的電流表外接法測量曲線觀察不出導(dǎo)通電壓的存在，這是電壓表上電流所引起的，電流值都偏大，曲線偏上；電流表內(nèi)接法曲線觀察得二極管導(dǎo)通電壓最大，這是二極管導(dǎo)通電壓和電流表上所分電壓疊加所致；利用補償法和等效法測量所得曲線基本相同，并且在沒有理論誤差情況下測得，相對標準[6]。參考文獻賈玉潤.大學(xué)物理實驗[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，1987.