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测试二极管伏安特性实验电路的研究

时间:2015-11-18  作者:毛鑫峰 杨 军
摘要:指出了测试二极管伏安特性的实验电路存在的问题,提出了改进的电路和实验方法。
论文关键词:测试,特性,实验,改进
文献[3]又指出了图2电路的两个缺点:一是调节过程中电流表会反向偏转,易使表头损坏;二是调节平衡仍较为困难。并将图2电路改进如图3所示的电路。 改进 实验 笔者经实验测试认为,文献[2]对于文献[1]的问题的分析和文献[3]对于文献[2]的缺点的分析都基本正确。但是,改进后的图3电路仍然无法测量二极管的正向起始段的伏安特性。现具体分析如下: 文献[3]指出:“图3所示电桥的平衡条件为 (R0+RA)实验= 测试RP 当电压表指示值小于二极管的阈值电压时,RP很大,这时可调节R1至很小,这样可使上式右端的乘 改进特性 积较小,从而通过调节R0便很容易使上式成立。如果实验室用的是可调电源,只要开始时R1,R‘2,R“2选得合适,例如对硅管使电压表的示数为0.1V,以后只需调节电源的输出电压即可很容易地得到0.2V、0.3V、0.4V、0.5V、0.6V等电压下二极管的电流值。如果电源电压不是连续可调,则可以通过调节R2及电源电压来获得这些电压值。” 事实上,图3的电路是无法使电压表示数调到0.1V、0.2V、0.3V…等电压值的。因为目前学校实验室的实用可调稳压电源的最低输出电压也在1.2V以上,由图3的电桥平衡条件可得到 : 改进实验 = 实验 在阈值电压以下时,RP在105Ω数量级,实验室里可选用的电阻箱R0规格最大也在105Ω级别。根据串联分压原理,电源电压为(≥1.2V)某一定值,支路RP的分压将和R0差不多,不会小于R0上的电压。在调小R1时,R1两端的电压将变小,则电压表(内阻RV一定)的示数将变大,电桥平衡时是这样,电桥不平衡时也是这样。即使把可调稳压电源的输出电压调到最低值,即E=1.2V,也不可能用调小R1的方法使电压表的示数在二极管的阈值电压以下。如果使用的不是输出电压连续可调的电源,那么,电源电压值必将更大,那就更调不到0.5V以下了。文献[3]说“可以通过调节R2和电源电压来获得这些电压值”,实际上,电压表的读数由电源E和电压表支路的分压情况决定,与电桥是否平衡关系不大,因此,无论怎样调整R2或调整电源电压(因为电源电压总大于1.2V),也不可能在既使电桥平衡又同时使电压表的示数在二极管的阈值电压以下。所以,图3所示的电路同样不能测试二极管起始段的特性曲线。 笔者将图3改进为图4所示的电路,可以测试二极管的正向起始段特性。电源E选用一节干电池或输出电压范围为1.5V左右的直流稳压电源,变阻器 R取规格为50Ω/1A的滑动变阻器,滑动头的初始位置在最下面,从0V开始调节输出电压U,即可根据需要选取一系列电压值,例如可测出使电压表示数为0.05V、 0.10V、0.15V、0.20V、0.25V…等等所需电压值,调节电桥平衡测得对应的电流值,或者调节R和R0测出电流为0μA、1μA、5μA、15μA、20μA、25μA、30μA…等等(电桥平衡时)与其电流值对应时的电压值,下表是笔者测得一普通硅整流管的正向起始段、导通段的数据。 硅整流二极管1N5408的正向特性测试数据: ID(μA) 0.00 0.00 1.00 5.00 10.00 15.00 20.00 30.00 40.00 50.0 100.0 150.0 UD(mV) 100.1 200.1 261.2 317.3 340.2 353.2 364.3 377.4 386.3 393.2 416.3 430.3 ID(mA) 0.20 0.30 0.50 0.750 1.00 2.00 3.50 5.00 10.00 20.00 35.00 50.00 UD(mV) 443.1 457.2 475.2 492.3 508.4 533.3 552.5 580.4 611.5 645.3 668.0 686.3 注:室温25摄氏度时,用0.5级μA、mA表和4位半数字电压表(直流2V档精度优于0.5级),按图4电路测试。 对于二极管的反向特性,也不能以为简单地把二极管的极性倒接就可以顺利地测试了。首先,电源应当更换为可调直流电源,其最大输出电压值要大于二极管的反向击穿电压,或者选用大于二极管击穿电压值的固定直流电源,将R换为大阻值(功率PR>U2/R,I额定>U/R)的电位器,R2的规格也要重新选择。实用电路及其参数如图5所示。由于硅二极管反向电流在0.01μA ~0.1μA,反向电阻数十兆欧以上,微安表的内阻(数千欧姆)与之相比较完全可以忽略而不影响测量精度,所以用图6 测试(图中电压表应当选用 实验实验 三位半或四位半数字电压表,如UT2003型)反向特性要比电桥式电路要方便得多,在反向击穿段,只要将电压表读数减去表头压降IRA进行修正,其数据也就和桥式测试电路基本等精度。因此,二极管特性的测试电路应当是正向、反向分别采用不同的实验电路,才能测出比较准确的数据,绘出正确的伏安特性曲线。
参考文献:
[1] 杨介信, 陈国英. 普通物理实验(二、电磁学部分)[M]. 北京:高等教育出版社,2007,44~46
[2] 唐恒阳. 改进的测二极管伏安特性的电路[J]. 大学物理,2000,19(8):31~32
[3] 邵建新. 二极管伏安特性曲线测试电路的改进[J]. 物理实验,2000,22(3):42-43
 
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