二极管的伏安特性
二极管的伏安特性曲线实验报告
二极管的伏安特性曲线实验报告实验报告实验名称：二极管的伏安特性曲线实验实验目的：1. 理解半导体材料的特性2. 理解二极管的基本结构和工作原理3. 掌握二极管的伏安特性曲线及其应用实验原理：二极管是一种半导体元器件，由p型半导体和n型半导体构成。
p型半导体具有正电荷载流子（空穴），n型半导体具有负电荷载流子（电子）。
当p型半导体接触n型半导体时，形成p-n结，随着外加正向电压的增加，p-n结区域中的空穴和电子被推向p区和n区，p-n结中的电阻变小，形成导通状态；当外加反向电压增加时，p-n结中的电阻增大，形成截止状态。
实验步骤：1. 将二极管连接在电路实验板上，通过万用表测量二极管的端子正向电压和反向电压；2. 在电源电压恒定条件下，分别改变二极管的正向电压和反向电压，记录相应的电路电流值；3. 根据实验数据，绘制二极管的伏安特性曲线图。
实验结果：通过实验数据，绘制出了二极管的伏安特性曲线，曲线呈现出明显的“S”型。
当正向电压为0.6-0.7V时，二极管开始导通，电路电流急剧增加；反向电压逐渐增加时，电路电流基本保持稳定。
二极管的正向导通电压和反向击穿电压分别为0.6-0.7V和80-100V。
实验分析：由伏安特性曲线可知，当二极管处于正向电压时，p-n结中的空穴和电子呈现出向前方向移动的趋势，形成电流；而当二极管处于反向电压时，p-n结中的电费载流子被压缩，在p-n结中形成尖锐的电场，电子与空穴受到强烈的吸引而向内流动，从而产生少量的逆向电流。
实验结论：通过本次实验，我们得到了二极管的伏安特性曲线图，理解并掌握了二极管的基本结构和工作原理，这对我们深入理解半导体材料和电子元器件的特性及其应用具有重要意义。
测量二极管的伏安特性实验报告
测量二极管的伏安特性实验报告实验报告课程名称：大学物理实验（1）实验名称：测量二极管的伏安特性学院：XX学院专业：XX 班级：XX 组号：XX 指导教师：XX报告人学号：XX 实验时间：年月日星期实验地点：科技楼903实验报告提交时间：一、实验目的了解晶体二极管的导电特性并测定其伏安特性曲线。
二、实验原理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，只有当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。
实验线路图如下：注意：无论毫安表内接还是外接，实验数据都应该进行修正：毫安表外接时应该进行电流修正，内接时应该进行电压修正。
由于实验用毫伏表内阻很大（约100~1000多万欧姆），按照上述接法，数据修正简单：正向时伏特表的电流可以忽略；反向时，伏特表的电流始终保持0.0006mA，很容易修正。
假如将毫安表内接，则无论正向反向，每一个数据都要做电压修正，并且每个修正值都不同，给实验带来很大麻烦。
三、实验仪器晶体二极管、电压表、电流表、电阻箱、导线、电源、开关等。
四、实验内容和步骤1、测定正向特性曲线打开电源开关，把电源电压调到最小，然后接通线路，逐步减小限流电阻，直到毫安表显示1.9999mA，记录相应的电流和电压。
然后调节电源电压，将电压表的最后一位调节成0，记录电压与电流；以后按每降低0.010V测量一次数据，直至伏特表读数为0.5500V为止。
此时，正向电流不需要修正。
2、测定反向特性曲线把线路改接后，接通线路，将电源电压调到最大，逐步减小限流电阻，直到毫安表显示1.9999mA为止，记录相应的电流和电压。
然后调节电源电压或者限流电阻，再将电流调节为1.8006、1.6006、1.4006……mA情况下，记录相应的电压；其中0.0006mA为伏特表的电流，此为修正电流，记录电流时应该自行减去。
二极管基本知识
二极管根本知识1. 根本概念二极管由管芯、管壳和两个电极构成。
管芯就是一个PN结，在PN结的两端各引出一个引线，并用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳，就构成了晶体二极管，如下列图所示。
P区的引出的电极称为正极或阳极，N区的引出的电极称为负极或阴极。
1.1 二极管的伏安特性二极管的伏安特性是指加在二极管两端电压和流过二极管的电流之间的关系，用于定性描述这两者关系的曲线称为伏安特性曲线。
通过晶体管图示仪观察到硅二极管的伏安特性如下列图所示。
1.2 正向特性1)外加正向电压较小时，二极管呈现的电阻较大，正向电流几乎为零，曲线OA段称为不导通区或死区。
一般硅管的死区电压约为0.5伏, 锗的死区电压约为0.2伏，该电压值又称门坎电压或阈值电压。
2)当外加正向电压超过死区电压时，PN结内电场几乎被抵消，二极管呈现的电阻很小，正向电流开场增加，进入正向导通区，但此时电压与电流不成比例如AB段。
随外加电压的增加正向电流迅速增加，如BC段特性曲线陡直，伏安关系近似线性，处于充分导通状态。
3)二极管导通后两端的正向电压称为正向压降(或管压降)，且几乎恒定。
硅管的管压降约为0.7V，锗管的管压降约为0.3V。
1.3 反向特性1)二极管承受反向电压时，加强了PN结的内电场，二极管呈现很大电阻，此时仅有很小的反向电流。
如曲线OD段称为反向截止区，此时电流称为反向饱和电流。
实际应用中，反向电流越小说明二极管的反向电阻越大，反向截止性能越好。
一般硅二极管的反向饱和电流在几十微安以下，锗二极管那么达几百微安，大功率二极管稍大些。
2)当反向电压增大到一定数值时(图中D点)，反向电流急剧加大，进入反向击穿区，D点对应的电压称为反向击穿电压。
二极管被击穿后电流过大将使管子损坏，因此除稳压管外，二极管的反向电压不能超过击穿电压。
2. 整流电路2.1 单向半波整流电路二极管就像一个自动开关，u2为正半周时，自动把电源与负载接通，u2为负半周时，自动将电源与负载切断。
晶体二极管的伏安特性曲线
晶体二极管的伏安特性曲线二极管最重要的特性就是单向导电性，这是由于在不同极性的外加电压下，内部载流子的不同的运动过程形成的，反映到外部电路就是加到二极管两端的电压和通过二极管的电流之间的关系，即二极管的伏安特性。
在电子技术中，常用伏安特性曲线来直观描述电子器件的特性。
根据图1的试验电路来测量，在不同的外加电压下，每转变一次RP的值就可测得一组电压和电流数据，在以电压为横坐标，电流为纵坐标的直角坐标系中描绘出来，就得到二极管的伏安特性曲线。
图1 测量晶体二极管伏安特性a) 正向特性b) 反向特性图2 2CZ54D伏安特性曲线图3 2AP7伏安特性曲线图2和图3分别表示硅二极管2CZ54D和锗二极管2AP7的伏安特性曲线，图中坐标的右上方是二极管正偏时，电压和电流的关系曲线，简称正向特性；坐标左下方是二极管反偏时电压和电流的关系曲线，简称反向特性。
下面我们以图1为例加以说明。
当二极管两端电压为零时，电流也为零，PN结为动态平衡状态，所以特性曲线从坐标原点0开头。
（一）正向特性1. 不导通区（也叫死区）当二极管承受正向电压时，开头的一段，由于外加电压较小，还不足以克服PN结内电场对载流子运动的阻挡作用，因此正向电流几乎为零，二极管呈现的电阻较大，曲线0A段比较平坦，我们把这一段称作不导通区或者死区。
与它相对应的电压叫死区电压，一般硅二极管约0.5伏，锗二极管约0.2伏（随二极管的材料和温度不同而不同）。
2. 导通区当正向电压上升到大于死区电压时，PN结内电场几乎被抵消，二极管呈现的电阻很小，正向电流增长很快，二极管正向导通。
导通后，正向电压微小的增大会引起正向电流急剧增大，AB 段特性曲线陡直，电压与电流的关系近似于线性，我们把AB 段称作导通区。
导通后二极管两端的正向电压称为正向压降（或管压降），也近似认为是导通电压。
一般硅二极管约为0.7伏，锗二极管为0.3伏。
由图可见，这个电压比较稳定，几乎不随流过的电流大小而变化。
测量二极管的伏安特性实验报告
测量二极管的伏安特性实验报告一、实验目的该实验的目的在于测量二极管的伏安特性，也就是对不同特定电流和电压进行测量，以此判断其结构特点。
该实验也非常有助于帮助我们掌握光电元件在实际使用中的特性，便于计算光电元件的参数。
二、实验原理伏安特性将电路中的二极管放在可调电源内，以不同的电压和电路极性为条件，从而控制它的电流，通过互感电流表测量二极管的电流，并用电压表得到二极管的电压。
由此得到的某一特定电流下的电压即为NPN管的转换效率电压VCE，将检测得到的VCE和电流值以图形方式呈现即为伏安特性曲线。
三、实验设备1.可调电源：可调电源主要用于得到检定时所需要的电压大小及极性，使管子内部运行在指定电流和极性条件下；2.互感电流表：互感电流表用于在特定条件下测量放大器中PNP管的放大倍率和输出电流；3.电压表：电压表用于分别测量安放在可调电源的正负极的电源电压；4.示波器：周期性信号的变化触发示波器所示出的人眼可见的示波产生脉冲形宽度，跟踪这种变化就可以获取这段时间内发生及变化的参数值；5.数据采集板：数据采集板用于将二极管的特性数据存入电脑。
四、实验内容（1）实验准备该实验需要一块可调电源，一块数据采集板，一台示波器以及一台互感电流表和电压表。
在实验之前，首先需要校准可调电源的输出电压，以及测量仪器的准确值，以便保证实验的准确性。
（2）建立实验电路实验电路主要由可调电源、互感电流表、电压表和数据采集板等组成：将可调电源输出电源线remark至实验小方框内，再用示波器长接线将框内电源正极和正测点互接；接下去在测点通一只二极管，另一只对应电流表的电极与负测点互接；接着将小方框外负极线接电压表，并将测试端小方框内正极和负极接上电压表的正极和负极；最后将测量仪表的接线和正负极极接在实验小块上，然后将数据采集板和可调电源连线，将数据采集板的电极互接，然后接线就全部完毕。
（3）实验步骤1、用可调电源将实验电路中放大器极性以正电平反向电压输出，接着调节电源，将反向电压调节至指定电压；2、开启互感电流表，测量出PNP管的电压表；3、调节反向电压，使管子内部电流达到所需要的指定值；4、用电压表测量安放在可调电源的正负极的电源电压；5、示波器可以跟踪电流和电压的变化；6、将数据采集板连接电脑，将实验结果以图表形式表示。
二极管伏安特性分析
一、二极管伏安特性分析1.二极管静态特性i随着正向电压增大到门槛电压U to（二极管开启电压），二极管导通。
ii电压U f为二极管导通时的正向电压降iii当承受反向电压时，二极管截至，只有微小的少子漂移运动形成的反向漏电流。
iv当反向电压过大，二极管会反向击穿，普通二极管将不可逆损坏。
v稳压二极管则是利用二极管的反向击穿工作。
将稳压二极管并联在负载两端二极管反向击穿后，电流虽然在很大范围内变化，但是稳压二极管两端的电压则在很小的范围内变化，起到稳定负载两端电压的作用。
2.二极管动态特性关断过程i. tF前，二极管由于存在空间电荷区，可以看作有并联一个结电容，二极管开通时，电容两端电压等于二极管两端电压（二极管导通电压）。
ii .tF时，二极管接反向电压，此时二极管并没有马上截止，二极管结电容向二极管放电，空间电荷区开始变宽。
此时，二极管继续导通，但是电压降低，电流减小。
iii. t0时，二极管正偏继续导通，t0~t1阶段，虽然电流降到0，但是电容上的正电荷仍然存在，二极管正偏。
t0~t1阶段是去除电容上的正电荷，t1时，二极管开始截止。
iv. t1时，二极管截止，t1~t2阶段反向电压对结电容（耗尽层）充电，直到二极管完全承受外部所加的反向电压，进入稳定的反向截止状态。
开通过程i. 当加正向电压时，开始对电容充电，继续增加电压推动耗尽层变窄，t fr时进入稳定的正向导通状态。
此时i F和u F满足二极管的伏安特性。
3.温度对二极管伏安特性的影响随着温度升高，其正向特性曲线左移，即正向压降减小；反向特性曲线下移，即反向电流增大。
温度升高，本征激发产生的少子浓度增加，导致内电场的电位差降低，所以二极管正向导通电压降低。
二、二极管的主要参数1.最大整流电流I FI F是二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流，其值与PN结面积及外部散热条件有关2.最高反向工作电压U RU R是二极管工作时允许加的最大反向电压，一般为击穿电压(U BR)的一半。
半导体二极管的伏安特性曲线
半导体二极管的伏安特性曲线
半导体二极管的伏安特性曲线如图1所示。
处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。
图1 二极管的伏安特性曲线
1. 正向特性
当V＞0，即处于正向特性区域。
正向区又分为两段：
当0＜V＜Vth时，正向电流为零，Vth称为死区电压或开启电压。
当V＞Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。
硅二极管的死区电压Vth＝0.5 V左右，
锗二极管的死区电压Vth＝0.1 V左右。
2. 反向特性
当V＜0时，即处于反向特性区域。
反向区也分两个区域：
当VBR＜V＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。
当V≥VBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压。
在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。
硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。
从击穿的机理上看，硅二极管若|VBR|≥7V时，主要是雪崩击穿；若VBR≤4V则主要是齐纳击穿，当在4V～7V之间两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。
【精品】测量二极管的伏安特性
【精品】测量二极管的伏安特性测量二极管的伏安特性是一种实验，用于研究二极管在电压变化时的电流行为。
通过这种方式，我们可以了解二极管的基本性质和行为。
本实验主要采用控制变量法，即在保证其他因素不变的情况下，改变输入电压，观察输出电流的变化。
一、实验目的：1.理解二极管的单向导电性；2.了解二极管的伏安特性曲线；3.掌握二极管的基本应用。
二、实验原理：二极管是一种具有单向导电性的半导体器件。
在正向偏置时，电流可以流过二极管；而在反向偏置时，电流被阻止。
二极管的伏安特性曲线反映了电压与电流之间的关系。
三、实验步骤：1.准备实验器材：电源、电阻器、二极管、开关、导线、电压表和电流表。
2.将电源、电阻器、二极管、开关、电压表和电流表按照正确的连接方式连接起来。
3.先将二极管短路，调节电源电压，观察电压表和电流表的读数，并记录下来。
4.然后将二极管接入电路中，重复步骤3，记录下不同电压下的电流值。
5.根据实验数据绘制二极管的伏安特性曲线。
四、实验结果与分析：1.在本次实验中，我们观察到二极管具有明显的单向导电性。
当电压为正向偏置时，电流能够顺利通过二极管；而当电压为反向偏置时，电流几乎为零。
这说明二极管可以有效地阻止反向电流。
2.通过实验数据，我们发现随着电压的增加，电流也逐渐增加。
这是因为当电压增大时，电场力增强，驱使载流子加速运动，导致电流增加。
这一趋势在伏安特性曲线上表现为斜率逐渐增大的直线段。
3.在高电压区域，伏安特性曲线的斜率有所减小。
这是由于在高电压下，载流子的速度接近饱和，导致电流增加的速度减缓。
此外，在高电压区域还可能存在其他的一些物理效应，如空间电荷区的扩展等，这些效应也会影响电流的增长速度。
4.通过本次实验，我们得出二极管的伏安特性曲线是一条斜率逐渐增大的直线，并在高电压区域有所弯曲。
这一曲线反映了二极管的单向导电性和它的基本性质。
根据这一特性，我们可以将二极管应用于各种电路中，如整流电路、开关电路等，以实现电能的有效转换和控制。
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第六章 晶体管及其应用电路
si
si
si
多余的
电子
si
P
si
磷+5
si
si
si
N型半导体 在本征半导体硅（或锗）中掺入 少量的五价元素，例如磷（P）
si
si
si
少一个 电子
形成 空穴
si
B
si
硼+3
si
si
si
P型半导体 在本征半导体中掺入少量 的三价硼（B）元素
第六章 晶体管及其应用电路
PN结是构成半导体二极管、三极管、场效应管、可控硅和半 导体集成电路等多种半导体器件的基础。
点接触型二极管结构如图（a）所示。其特点是PN结的面积小、 允许通过的电流小，但结电容小，因此，一般用作高频信号的检波和 小电流的整流，也可用作脉冲电路的开关管。
面接触型二极管结构如图（b）所示。其特点是PN结的面积大、 能承受较大的电流，但结电容大，主要用于低频电路和大功率的整流 电路。
第六章 晶体管及其应用电路
最大反向电流是指二极管加最大反向电压时的反向电流值。
第六章 晶体管及其应用电路
6.1.2 特殊二极管
1. 稳压二极管 （1）稳压二极管及其伏安特性
给稳压二极管加反向电 压，使它工作在电击穿区域， 反向电流虽然在很大范围内 变化。但稳压二极管两端的 电压变化很小，利用这一性 质稳压二极管在电路中可以 实现稳压作用 。
PN结具单向导电特性。
PN I
PN
第六章 晶体管及其应用电路
PN结形成 P型和N型半导体结合面两侧同类型的载流子存在浓度差 ，
N型区的多子自由电子向P型区扩散，并与P型区的空穴复合如 图 ，这样N型区由于失去电子而出现带正电的杂质层，P型区 由于得到电子而出现带负电的杂质层，因此在交界面两侧形成 一个带异性电荷的薄层，称为空间电荷区，即PN结。
VD
+
u1
u2
UL
_
iL
-
b-
u2
π 2π uL
3π 4π wt (a)
π 2π 3π 4π wt (b)
当u2为正半周时，由于u2＞0， u2的瞬时极性为a正b负，二极管
VD承受正向电压而导通，iL= id ，
uL=u2 。
当u2为负半周时，由于u2＞0，u2的 瞬时极性为a负b正，二极管VD承受 反向电压而截止，负载上流过的电
发光二极管简称为LED管，是由镓（Ga）、砷（As）、磷（P） 等化合物制成的，用这些材料制成的PN结，加上正偏电压，将电能 转化成光能而发光，
第六章 晶体管及其应用电路
6.1.3 整流、滤波及稳压二极管稳压电路
1. 常用整流电路
(1) 单相半波整流电路
u2 2U 2 sin wt
+ Tr a +
(2) 二极管的主要参数
1、最大整流电流IF 表示允许通过二极管的最大的正向平均电流，超过此电流，将因管子超
过限度而烧坏PN结。 一般点接触型二极管的最大整流电流在几十毫安以下，面结合型二极管
的最大整流电流可达数百安培以上，有的甚至可达几千安培以上。 2、最大反向电压URM
最大反向电压是指保证二极管不被击穿而给出的最高反向工作电压，通 常是反向击穿电压的一半或三分之一 。 3、最大反向电流IRM
P
N
P 空间电荷区 N
空穴
自由电子
空穴 内电及其应用 二极管工作原理
6.1.1 二极管的单向导电性
在PN结两端分别引出一个电极，外加管壳即构成晶体二极管， 又称为半导体二极管。 1．半导体二极管的结构
按照内部结构的不同，半导体二极管可分为点接触型二极管和面 接触型二极管两类。
(2) 单相桥式整流电路
+
Tr + a
VD4
u1
u2
-
-
VD3
b
VD1 VD2
+ uL RL _
u2
π
2π
uL
3π
4π wt
(a)
π
2π
3π
4π wt
(b)
第六章 晶体管及其应用电路
当u2为正半周时，由于u2＞0，u2的瞬时极性为a 正b负，VD1、VD3导通，VD2、VD4截止，电路形成回
第六章 晶体管及其应用电路
自然界中的物质按导电能力强弱的不同，可分为导体、绝缘 体和半导体3大类。
半导体定义及分类 半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。常用的半导体材料 有锗（Ge）、硅（Si）和砷（As）等。完全纯净的、不含杂质的半导体叫 做本征半导体。如果在本征半导体中掺入其他元素，则称为杂质半导体。
第六章 晶体管及其应用电路
（2）稳压二极管的主要参数
① 稳定电压UZ 稳定电压UZ就是稳压二极管在正常工作时管子两端的电压。
② 稳定电流IZ 稳压管正常使用起码的工作电流 。
③ 最大允许耗散功率PM 稳压管所允许的最大功耗，超过此值，管子将会过热击穿损坏。
第六章 晶体管及其应用电路
2. 发光二极管
第六章 晶体管及其应用电路
本征半导体有两种导电的粒子，一种是带负电荷的自由电子 ，另一种是相当于带正电荷的粒子—空穴。自由电子和空穴在外 电场的作用下都会定向移动而形成电流，所以人们把它们统称为 载流子。在本征半导体中，每产生一个自由电子，必然会有一个 空穴出现，自由电子和空穴成对出现，这种物理现象称为本征激 发。由于常温下本征激发产生的自由电子和空穴的数目很少，所 以本征半导体的导电性能比较差。但当温度升高或光照增强时， 本征半导体内的自由电子运动加剧，载流子数目增多，导电性能 提高，这就是半导体的热敏特性和光敏特性。在本征半导体中掺 入微量元素后，导电性能会大幅提高，这就是半导体的掺杂特性 。在本征半导体中掺入不同的微量元素，就会得到导电性质不同 的半导体材料。根据半导体掺杂特性的不同，可制成两大类型的 杂质半导体，即P型半导体和N型半导体。
流iL等于零，负载电压uL等于零。
第六章 晶体管及其应用电路
① 电压的平均值为： 电压的平均值是指一个周期内脉动电压的平均值，即：
U L
1 2
0
2U 2 sin td(t)
2 U2
0.45U 2
② 电流的平均值
ID
IL
0.45 U 2 RL
③ 最高反向电压
U RM U 2M 2U 2
第六章 晶体管及其应用电路
半导体二极管的结构类型 二极管的电路符号
第六章 晶体管及其应用电路
2 ．二极管的伏安特性
下图为伏安特性测试电路
VD1 mA
V Rp
E
R
VD1 mA
V Rp
E
R
(a) 二极管正向导通
(b) 二极管反向截止
第六章 晶体管及其应用电路
(1) 二极管正向、反向偏置特性
二极管伏安特性
锗二极管的伏安特性
第六章 晶体管及其应用电路