二极管伏安特性曲线测量方法
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。
伏安法测二极管的伏安特性(精)
3.R0为限流器(即电阻箱)，改变电阻箱的阻值可改变正向电 流值。R1为限流器，R2为分压器。改变R1和R2可输出不 同的电压值，并由电压表指示，目的是与二极管两端的电 压进行比较。
4. 通常R1值越大，可测量的UD越小，R1值很小甚至为零， 可测量较大的UD值。
实验步骤和要求
1、根据图8-2连接线路，并预置R0为最大值，R1为最大 值，R2的输出为零，注意电表的极性!
2、接通电源，注意观察有无异常情况发生，否则马上 切断电源，根据现象检查故障。
3、选择各种值UD (0.1～0.6 V)，对于每种UD值，调节 R0，使检流计指示为零，记下电流表的电流值． 4.根据测量数据，绘出二极管正向伏—安特性曲线
实验8 伏安法测二极管的伏—安特性
伏安法是测绘电阻元件伏安特性曲线的最简单的实验 方法。为了使测量更为精确，还可以利用电位差计、示波 器或电桥等检测仪器测量电阻的伏安特性曲线。 非线性电阻的伏安特性所反映的规律，总是与特定的一些 物理过程相联系的，对于非线性电阻特性和规律的深入分 析，有利于对有关物理过程的理解和认识。 实验目的 1、掌握分压器和限流器的使用方法。 2、熟悉测量伏安特性的方法。 3、了解二极管的正向伏安特性。
实验仪器和用具 器、 可变电阻箱、检流计、开关、待测二极管
．
图8-1 二极管的伏安特性
图8-2 伏安法测量二极管的特性电路
1. 当检流计指零时，电压表指示着二极管两端的正向电压值，
电流表A指示着流过二极管的正向电流 2. 如果将稳压电源的极性反向连接，按上述相同方法测量， 也可得到UD与ID的许多组数据，但这些数据表征着二极管 的反向特性。
实验1 二极管伏安特性曲线的测试
实验1 二极管伏安特性曲线的测试
一、实验目的：
学会使用电流表和电压表（或万用表）测试二极管的伏安特性。
二、实验器材
稳压电源、万用表（两个）、二极管(IN4007、2AP9)、电位器、电阻、实验电路板。
三、实验内容和步骤
1、测试二极管的正向特性
（1）按实验线路图1连接好电路。
（2）接通电源，调节R1的值，按表1所列的数据逐渐增大二极管两端的电压。
测出对应的流过二极管的正向电流I V，把测量结果填入表1中
（3）按表1中记录数据，在直角坐标系上逐点描出两种二极管的正向特性曲线。
图1
正向电压(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 2 3
正向电流（mA）1N4007 2AP9
2、测试二极管的反向特性
（1）按实验线路图2连接好电路（电压表与二极管并联）
（2）输出电压从0V开始起调，按每2V间隔依次提高加在二极管两端的反向电压，并测量不同反压时的反向漏电流并将其数据记入表2中（测量时要注意万用表的量程和极性）。
（3）按表2中记录数据，在同一个直角坐标系上描出两种二极管的反向特性曲线。
图2
反向电压（V）0 2 4 6 8
1N4007
反向电流（μA）
2AP9。
电路实验四实验报告_二极管伏安特性曲线测量
电路实验四实验报告实验题目：二极管伏安特性曲线测量实验内容：1.先搭接一个调压电路，实现电压1-5V连续可调；2.在面包板上搭接一个测量二极管伏安特性曲线的电路；3.测量二极管正向和反向的伏安特性，将所测的电流和电压列表记录好；4.给二极管测试电路的输入端加Vp-p=3V、f=100Hz的正弦波，用示波器观察该电路的输入输出波形；5.用excel或matlab画二极管的伏安特性曲线。
实验环境：数字万用表、学生实验箱（直流稳压电源）、电位器、整流二极管、色环电阻、示波器DS1052E，函数发生器EE1641D、面包板。
实验原理：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，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。
为了测量二极管的伏安特性曲线，我们用直流电源和电位器搭接一个调压电路，实现电压1-5V连续可调。
调节电位器的阻值，可使二极管两端的电压变化，用万用表测出若干组二极管的电压和电流值，最后绘制出伏安特性曲线。
电路图如下所示：用函数发生器EE1641D给二极管施加Vp-p=3V、f=100Hz的交流电源，再用示波器观察二极管的输入信号波形和输出信号波形。
电路图如下：实验记录及结果分析：得到二极管的伏安特性曲线如下：结论：符合二极管的特性，即开始时，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，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。
2. 示波器显示二极管的输入输出波形如下图（通道1为输入波形，通道2为输出波形）：分析：二极管在交流电中呈现单向导通性，所以当电源信号为正向电压时，二极管导通，呈现正弦波形信号，当电源信号为反向电压时，二极管处于截止状态，此时无信号输出，如波形图所示。
实验总结：这一次的实验，让我们更加深入地了解的二极管的性质，通过实验的方式，加深了对二极管伏安特性的理解。
实验4 二极管伏安特性曲线的测量
实验4 二极管伏安特性曲线的测量
一．实验目的
学会用万用表在面包板上测量二极管的电压和电流
学会用信号发生器为二极管输入信号以及用示波器对信号进行测量二．实验设备
直流电压源（5v）
示波器（RIGOL DS105VE）
函数信号发生器（EE1640C 中文版）
数字万用表（VC890D）
100Ω电阻
电位器
三．实验过程
1.先用万用表检验电位器的好坏
2.用万用表检验二极管的好坏并找出二极管的正负极
3.在面包板上搭建实验电路
4.调节电位器，分别测出电压和电流
四．实验电路及数据
电压（V）0 0.15 0.24 0.38 0.52 0.59 0.62 0.63 电流（mA）00 0 0.03 0.5 2.8 4.0 7.2
五．二极管单项导通性的验证
1.按图连接好电路
2.打开示波器输入正弦信号
3.在示波器上观察波形并记录
Vpp（V）Vmax（V）Vmin（V）频率（hz）CH1 3.02 +1.54 -1.48 1000 CH2 1.46 0 -1.46 1000
六．实验总结
1.检查电位器时观察电位器转动时示数是否均匀变化，否则电位器是无效的
2.测量一组电压后及时测量电流
3.在电流电压的测量切换间注意万用表表头和档位的切换。
实验3-1 伏安法测晶体二极管特性.
实验3-1 伏安法测晶体二极管特性给一个元件通以直流电，用电压表测出元件两端的电压，用电流表测出通过元器件的电流。
通常以电压为横坐标、电流为纵坐标，画出该元件电流和电压的关系曲线，称为该元件的伏安特性曲线。
这种研究元件特性的方法称为伏安法。
伏安特性曲线为直线的元件称为线性元件，如电阻；伏安特性曲线为非直线的元件称为非线性元件，如二极管、三极管等。
伏安法的主要用途是测量研究线性和非线性元件的电特性。
非线性电阻总是与一定的物理过程相联系，如发热、发光和能级跃迁等，江崎玲、於奈等人因研究与隧道二极管负电阻有关的现象而获得1973年的诺贝尔物理学奖。
【实验目的】1．具体了解和分析二极管的伏安特性曲线。
2．学会分析伏安法的电表接入误差，正确选择电路使其误差最小。
3．学会电表、电阻器、电源等基本仪器的使用。
【仪器用具】安培计、伏特计、变阻器、转盘电阻箱、甲电池、待测二极管、导线、双刀双掷倒向开关、单刀开关【实验原理】半导体二极管的核心是一个PN结，这个PN结处在一小片半导体材料的P区与N区之间（如图3-1-1），它由这片材料中的P型半导体区域和N型半导体区域相连所构成。
连接P 型区域的引出线称为P极，连接N型区域的引出线称为N极。
当电压加在PN结上时，若电压的正端接在P极上，电压的负端接在N极上（如图3-1-2），称这种连接为“正向连接”；反之，档PN结的两极反向连接到电压上时为“反向连接”。
正向连接时，二极管很容易导图3-1-1 图3-1-2通，反向连接时，二极管很难导通。
我们称二极管的这种特性为单向导电性。
实验工作中往往利用二极管的单向导电性进行整流、检波、作电子开关等。
二极管电流随外加电压变化的关系曲线称为伏安特性曲线。
二极管的伏安特性曲线如图3-1-3和图3-1-4所示。
这两个图说明了二极管的单向导电性。
由图可见，在正向区域，锗管和硅管的起始导通电压不同，电流上升的曲线斜率也不同。
图3-1-3 图3-1-4利用绘制出的二极管的伏安特性曲线，可以计算出二极管的直流电阻及表征其它特性的某些参数。
测定半导体二极管的伏安特性
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”。
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。
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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
匸V/Rv+V/ R D (1.1)
图2.2.1补偿法测二极管伏安特性曲线电路图
工作原理：当两直流电源的同极端相连接，而且其电动势大小恰好相等时（
U BC = U BA ），回路
中无电流通过检流计 G ,其指示为0,此时电流表 A 的读数是通过二极管的电流，电压表的读数是 二极管两端的电压，这样在表上读取的电压和电流的数值，作
V-I 曲线就不存在理论误差。
测量步骤：（1 ）调C 点到最左端，调 R 到最大；（2）合上K i ;断开K o 、K 2；（ 3）调节C 点到选定电压 V ;（ 4）合上K 2、K o ;调节R ，使G 指示为0;（ 5）闭合再断开 K o 观察G 有无 变化，若有变化则进一步调节 R ，直到K 0
断开、闭合G 无变化为止，记录 V 和A 的读数；（6）重 复2〜5步骤，测量出一组 V-I 值，作V-I 曲线。
补偿法在测量中理论误差为零，实验中误差主要来源于仪器的精确度及测量中的随机误差和视 力引起的误差还有过失误差等。
此方法测量精确度较高，但电路较为复杂，操作比较麻烦。
电压 U/v
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.55
0.60
0.65
0.68
0.70
电流 1/mA
此次测量用作标纸绘图绘出伏安曲线 2.3等效法
等效法测量电路如图
2.3.1所示
［3］。
Ko
(V)Rv
R D
」_IN4007
Ki
CH1
CH?
图2.3.1等效法测二极管伏安特性曲线电路图
测量原理：保持P 点不变，调节R 0使无论K 2在位置还是2位置，电压表上度数不变，这时有:
此方法避免了测量二极管支路电流时由于接入电表引起的理论误差。
测量步骤：（1）P 点调节到最下端，R o 调到最大，合上 K i ； （ 2） K 2合到位置1，调节P 点 使V 达到测量电压值；（3）保持P 点不动，K 2合到2位置，调节R o 使电压表数值为 V ，记录下 V ,1A 值；（4）重复2〜3步，测出一组 V-I A 值，作V-I 曲线
［4］。
此方法没有理论误差，线路较简单，相对易操作，测量精确度较高（与补偿法相当）。
2.3.1
电压 U/v
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.55
0.60
0.65
0.68
0.7
电流 1/mA
1.4示波器法
示波器法测量电路如图
1.4.1所示。
R A
Ri
Rv
D IN4007
R D 匸
R D = R A + R o 故 I=Ia 。
E
Us
图2.4.1示波器法测二极管伏安特性曲线电路图
测量步骤：
利用示波器的双踪显示，将CH1、CH 2的输入耦合打到GND,将CH 1、CH 2的扫描基线调出来且都与正中水平标尺重合，将旋纽旋到X-Y处,进入“ X-Y ”工作方式，使扫描基线变为一点，调节水平移动旋纽,使这点与标尺坐标原点重合，然后将CH i、CH 2的输入耦合打开［5］。
打开交流函数信号发生器，使用正泫波或方波，将输入电压适当调大，再把函数频率适应调大些, 即可观察到示屏上出现一条曲线，此曲线即是二极管的伏安特性曲线，如图142。
I /mA
2比较分析
从测量方法方面比较：利用伏安法测量电路最简单，操作方便，但结果误差比较大；利用补偿法和等效法测量结果精确度较高，但电路相对复杂，二者相比使用等效法稍易操作；示波器法在测量时非常直观，适合用于演示教学。
在普通测量时要求精度高推荐使用补偿法和等效法；在观察曲线时推荐利用示波器法。
3结论
利用伏安法的电流表外接法测量曲线观察不出导通电压的存在，这是电压表上电流所引起的，电流值都偏大，曲线偏上；电流表内接法曲线观察得二极管导通电压最大，这是二极管导通电压和电流表上所分电压叠加所致；利用补偿法和等效法测量所得曲线基本相同，并且在没有理论误差情况下测得，相对标准冋。
思考题
1.伏安特性曲线的斜率的物理意义是什么？
2.用伏安法测二极管特性曲线产生的误差属什么性质的误差？为何会产生这种误差？能否消除或
作修正？方法如何？
3.在测定二极管反向特性时，有同学发现所加电压还不到1伏，微安表指示已超量程。
你认为原
因是什么？
4.若要用量程为2.5V，内阻20KW/V的电压表和量程为250mA，内阻400W的电流表测定阻值约为400W、4KW和40KW
的三只电阻，试确定其电表的连接方式，并画出电路图。