半导体二极管的伏安特性及温度特性测绘 预习报告
半导体二极管的伏安特性及温度特性测绘
【实验目的】
1、学习伏安法测量电阻的正确接线方法；
2、掌握测量半导体二极管的正、反特性电表内接与外接的方法和意义；
3、通过作P-N 结的伏安特性曲线，学会正确的作图方法，特别是坐标轴比例的正确选取。
【实验原理】
半导体二极管的伏安特性：
对于某种电子元件，在温度不变的情况下，若改变其加在两端的电压值U 大小，电流值I 也会随之而变化。以电压U
为横坐标，电流I 为纵坐标，可得到一条
曲线，此即这种电子元件的“伏安特性曲
线”。对于通常的金属导体而言，伏安特性
曲线是一条直线，这一类元件我们称之为
“线性元件”。还有就是像我们实验中用到
的半导体二极管一样，其伏安特性曲线不
是直线，我们称之为“非线性元件”，也就
是说，它们的电阻不是一个确定值，其数
值与所加电压有关系。如右图是一个普通
硅二极管的伏安特性曲线：
而本实验也将利用伏安法来测绘一个
二极管的正、反向特性曲线。
半导体二极管的温度特性：
对于通常的金属导体温度特性，其关系符合以下式子：
()???++++=3201t t t R R t γβα （1）
式中t R 对应温度t 时候的电阻，在低温区域，二次项及以上项很小，可以忽略
不计，因此可近似的认为电阻和温度之间是一种线性关系。
半导体材料则不同，它们具有比较复杂的电阻温度关系，其原因是因为它的导电机制较为复杂。一般而言，在高温区域，半导体具有负的电阻温度系数，此时的特性可用指数函数来描述：
T B A R t exp = （2）
但在一段温度区域，可近似认为电阻和温度之间符合线性关系，大部分半导体其电阻温度系数为负值。本实验拟采用惠斯通直流单电桥法来测定不同温度下的二极管阻值，并绘制其电阻-温度特性曲线。
210R R R R x = （3）
【实验仪器】
磁电式电压表、数字式电压表、毫安表、微安表、电阻箱、滑线变阻器、直流稳压电源、待测二极管
【实验内容】
1、测绘二极管正向特性：
电源E=3V,注意管子的额定正向电流，
记录指针式电压表所用挡的内阻：)/500(1500V R inside ΩΩ=
并分别利用磁电式电压表和数字式电压表各测一次，需要绘制出三条曲线：分别是磁电式仪表、数字式仪表和用磁电式仪表的电压表修正数据绘制的三条曲线。实验电路图如下左图：
2、测绘二极管的反向特性：
电源15V ，保护电阻2K Ω，采用指针式电压表，不要超过管子的最大反向电压值，只要电流突变为较大即可，并且注意控制电流在80A μ以内，
实验电路图如上右图：
3、二极管电阻-温度特性测绘：
利用惠斯通电桥法测7个不同温度下二极管电阻
值，电源电压10V ，相关实验参数为：
Ω==200020R R R 1为一个0~10K Ω的电阻箱，
R x 为待测的二极管电阻，然后做出关系曲线，进
行数据拟合，求出拟合公式。实验电路图如右图：
因为这里Ω==200020R R ，所以：
1R R x = （4）
二极管的伏安特性曲线详细说明
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。
肖特基二极管特性详解(经典资料)分析
肖特基二极管特性详解 我们所熟知的二极管被广泛应用于各种电路中，但我们真正了解二极管的某些特性关系吗?如二极管导通电压和反向漏电流与导通电流、环境温度存在什么样的关系等，让我们来扒扒很多数据手册中很少提起的特性关系和正确合理的选型。下面就随半导体设计制造小编一起来了解一下相关内容吧。 我们都知道在选择二极管时，主要看它的正向导通压降、反向耐压、反向漏电流等。但我们却很少知道其在不同电流、不同反向电压、不同环境温度下的关系是怎样的，在电路设计中知道这些关系对选择合适的二极管显得极为重要，尤其是在功率电路中。接下来我将通过型号为SM360A(肖特基管)的实测数据来与大家分享二极管鲜为人知的特性关系。 1、正向导通压降与导通电流的关系 在二极管两端加正向偏置电压时，其内部电场区域变窄，可以有较大的正向扩散电流通过PN结。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，二极管才能真正导通。但二极管的导通压降是恒定不变的吗?它与正向扩散电流又存在什么样的关系?通过下图1的测试电路在常温下对型号为SM360A的二极管进行导通电流与导通压降的关系测试，可得到如图2所示的曲线关系：正向导通压降与导通电流成正比，其浮动压差为0.2V。从轻载导通电流到额定导通电流的压差虽仅为0.2V，但对于功率二极管来说它不仅影响效率也影响二极管的温升，所以在价格条件允许下，尽量选择导通压降小、额定工作电流较实际电流高一倍的二极管。 图1 二极管导通压降测试电路
图2 导通压降与导通电流关系 2、正向导通压降与环境的温度的关系 在我们开发产品的过程中，高低温环境对电子元器件的影响才是产品稳定工作的最大障碍。环境温度对绝大部分电子元器件的影响无疑是巨大的，二极管当然也不例外，在高低温环境下通过对SM360A的实测数据表1与图3的关系曲线可知道：二极管的导通压降与环境温度成反比。在环境温度为-45℃时虽导通压降最大，却不影响二极管的稳定性，但在环境温度为75℃时，外壳温度却已超过了数据手册给出的125℃，则该二极管在75℃时就必须降额使用。这也是为什么开关电源在某一个高温点需要降额使用的因素之一。 表1 导通压降与导通电流测试数据
电路元件特性曲线的伏安测量法实验报告
学生序号6 ` 实验报告 课程名称：电路与模拟电子技术实验指导老师：冶沁成绩：__________________ 实验名称：电路元件特性曲线的伏安测量法实验类型：电路实验同组学生：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1.熟悉电路元件的特性曲线； 2.学习非线性电阻元件特性曲线的伏安测量方法； 3掌握伏安测量法中测量样点的选择和绘制曲线的方法； 4.学习非线性电阻元件特性曲线的示波器观测方法。 二、实验容和原理 1、电阻元件、电容元件、电感元件的特性曲线 在电路原理中，元件特性曲线是指特定平面上定义的一条曲线。例如，白炽灯泡在工作时，灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的改变而改变，并且具有一定的惯性；又因为温度的改变与流过 灯泡的电流有关，所以它的伏安特性为一条曲线。电流越大、温度越高，对应的灯丝电阻也越大。一 般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”可相差几倍至十几倍。该曲线的函数关系式称为电阻元件的伏安特性， 电阻元件的特性曲线就是在平面上的一条曲线。当曲线变为直线时，与其相对应的元件即为线性电阻 器，直线的斜率为该电阻器的电阻值。电容和电感的特性曲线分别为库伏特性和韦安特性，与电阻的 伏安特性类似。 线性电阻元件的伏安特性符合欧姆定律，它在u-i 平面上是一条通过原点的直线。该特性曲线各点斜率与元件电压、电流的大小和方向无关，所以线性电阻元件是双向性元件。非线性电阻的伏安特 性在u-i平面上是一条曲线。 普通晶体二极管的特点是正向电阻和反向电阻区别很大。正向压降很小正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十几伏至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为 零。可见，二极管具有单向导电性，如果反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿 损坏。稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性则与普 通二极管不同，在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当反向电压增加到某一数值时（称 为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管）电流将突然增加，以后它的端电压将维持恒定，不再 随外加的反向电压升高而增大。 上述两种二极管的伏安特性均具属于单调型。电压与电流之间是单调函数。二极管的特性参数主要有开启电压V th，导通电压V on，反向电流I R，反向击穿电压V BR以及最大整流电流I F。 2、非线性电阻元件特性曲线的逐点伏安测量法 元件的伏安特性可以用直流电压表、电流表测定，称为逐点伏安测量法。伏安法原理简单，测量方便，但由于仪表阻会影响测量的结果，因此必须注意仪表的合理接法。 采用伏安法测量二极管特性时，限流电阻以及直流稳压源的变化围与特性曲线的测量围是有关系的，要根据实验室设备的具体要求来确定。在综合考虑测量效率和获得良好曲线效果的前提下，测量 点的选择十分关键，由于二极管的特性曲线在不同的电压的区间具有不同的性状，因此测量时需要合
二极管的特性与应用
二极管的特性与应用 几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。 二极管的工作原理 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，p-n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。 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（Ge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。 二极管的导电特性 二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。 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
半导体二极管伏安特性的研究(可编辑修改word版)
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
二极管的基本特性与应用(精)
几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。 二极管的工作原理 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，p-n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。 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（Ge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。 二极管的导电特性 二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。 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。 二极管的主要参数 用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数： 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
二极管伏安特性曲线的研究
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。
二极管伏安特性曲线的测定
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 。
二极管伏安特性曲线
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
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
二极管正反特性及应用
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（Ge管）和硅二极管（S i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。 二极管的工作原理 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，p-n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。
二极管的导电特性 二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。 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。 二极管的主要参数 用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数： 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
实验一、伏安法测二极管的特性(优.选)
1 / 3word. 实验一、伏安法测二极管的特性 一、实验目的 1、学习用伏安法测量二极管的伏安特性的方法 2、理解伏安法电路中电流表内接和外接两种方法 3、了解二极管的伏安特性 二、实验仪器和用具 直流稳压电源、直流电流表、直流电压表、滑线变阻器、可变电阻箱、微安表、开关、待测二极管． 三、实验原理 1．伏安特性曲线 当一个元件两端加上电压，元件内有电流通过时，电压与电流之比称为该元件的电阻，以电压 V 为横坐标 ，以电流 I 为纵坐标， 作出 _V I 图线， 叫该元件的伏安特性曲线，若一个元件两端的电压与通过它的电流成比例，则伏安特性曲线为一条直线，这类元件称为线性元件。若元件两端的电压与通过它的电流不成比例，则伏安特性曲线不再是直线，而是一条曲线，这类元件称为非线性元件。 二极管就是一种非线性元件，二极管伏安特性 曲线上各点的电压和电流的比值并不是一个常量。 显然，此时说这个元件的阻值是多少意义是不明确 的，只有电压和电流均为确定值时，才有确定的意 义。或者说，任何一个阻值都不能表明这个元件的 电阻特性。故一般均用伏安特性曲线来反映非线性 元件的这种特性。 二极管的伏安特性曲线可用图1所示特性 曲线来描绘。 2、二极管伏安特性的测定 用伏安法测量二极管的特性实验操作线路图如图2和图3所示, 2R 是为分压器，1R 既是分压器又是限流器，改变滑线变阻器1R 、2R 的阻值可改变二极管两端的电压,用电压表测出二极管两端的电压，同时用电流表测出流过该二极管的电流,实验中可以测出一系列对应值V 与 I ，以电压 V 为横坐标 ，以电流 I 为纵坐标， 作出 _V I 图线， 叫二极管的伏安特性曲线。 3、电流表的连接和接入误差 图1 二极管伏安特性曲线 K E 3=图2 正向伏安特性接线电路图 mA 表从75mA 开始 K E 30=图3 反向伏安特性接线电路图 μA 表:15μA 或50μA
二极管的伏安特性
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；
二极管的伏安特性
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。
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。
非线性电阻伏安特性曲线实验
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。
激光二极管的特性
激光二极管的特性 激光二极管的特性 1、伏安特性 半导体激光器是半导体二极管，具有单向导电性，其伏安特性与二极管相同。反向电阻大于正向电阻，可以通过用万用表测正反向电阻确定半导体激光二极管的极性及检查它的PN结好坏。但在测量时必须用1k以下的档，用大量程档时，激光器二极管的电流太大，容易烧坏。 2、P—I特性 激光二极管的出射光功率P与注入电流I的关系曲线称为P-I曲线。 注入电流小于阈值电流Ith时，激光器的输出功率P很小，为自发辐射的荧光，荧光的输出功率随注入电流的增加而缓慢增加。 注入电流大于Ith时，输出功率P随注入电流的增加而急剧增加，这时P—I曲线基本上 是线性的。当I再增大时，P—I曲线开始弯曲呈非线性，这是由于随着注入电流的增大，使结温上升，导致P增加的速度减慢。 判断阈值电流的方法：在P—I特性曲线中，激光输出段曲线的向下延长线与电流轴的交点为激光二极管的阈值电流。 3、光谱特性 激光二极管的发射光谱由两个因素决定：谐振腔的参数，有源介质的增益曲线。 腔长L确定纵模间隔，宽W和高H决定横模性质。如果W和H 足够小，将只有单横模TEM00存在。 多模激光二极管在其中心波长附近呈现出多个峰值的光谱输出。单纵模激光器只有一个峰值。 工作在阈值以上的1mm腔长的增益导引LD的典型发射光谱 激光二极管是单模或多模还与泵浦电流有关。折射率导引LD，在泵浦电流较小、输
出光功率较小时为多模输出；在电流较大、输出光功率较大时则变为单模输出。而增益导引LD，即使在高电流工作 下仍为多模。 折射率导引激光器光谱随光功率的变化 发射光谱随注入电流而变化。IIt 发射激光，光谱突然变窄。因此，从激光二极管发射光谱图上可以确定阈值电流。当注入电流低于阈值电流时光谱很宽，当注入电流达到阈值电流时，光谱突然变窄，出现明显的峰值，此时的电流就是阈值电流。 IIt 激光辐射 4、温度特性 半导体激光器的阈值电流随温度的升高而增加，变化关系可表示为： T/T0) Ith(T)?Aexp(式中T0是衡量阈值电流Ith对温度变化敏感程度的参数——叫特征温度，取决于器件的材料和结构等因素，T0值越大，表示Ith对温度变化越不敏感，器件的温度特性越好。A是常数。 因Ith随温度升高而增大，因此P—I特性曲线也随温度变化。随着温度升高，在注入电流不变的情况下，输出光功率会变小。这就是为什么LD工作一段时间后输出功率会下降。 阈值—温度特性与其结构有关，一般说，异质结构比同质结的温度特性好。 温度变化还将引起激光器输出光谱的改变，出现跳模（mode hop）现象。原因：温度改变，使腔的参数（折射率， 腔长）发生较大变化，引起激发模式发生变化。在模式跳跃之前，因折射率和腔长随温度升高而有少量增加，致使波长随温度升高而缓慢增大（下图a）。如要避免跳模，必须增大模式间隔（下图b）。 对于多模增益导引半导体激光器，波长随温度的变化是由于带隙随温度变化而产生的，温度变化主要影响光增益曲线而不是腔的参数，因此变化曲线是连续的(下图c)。 半导体激光器必须加制冷器，进行温度控制。
电桥法精确测二极管特性
电桥测非线性元件的伏安特性曲线 物理学二班成贵林学号201333010206 指导教师 【摘要】本次实验的重点是用电桥法测量二极管的伏安特性和热敏电阻的温度特性，并且绘制出相应的曲线，以及了解半导体温度计的结构及使用方法。 【关键词】惠斯通电桥法非平衡电桥法二极管热敏电阻温度计【英文摘要】This key point of this experiment is to use a bridge to measure volt-ampe re characteristic of diode and thermistor temperature characteristic, and draw the corresponding curve, and understand the structure and using method of semiconductor thermometer. 引言 普通物理实验中都是用伏安法测二极管特性, 存在较大的系统误差。笔者对惠斯登电桥略加改进后用以侧二极管特性, 试脸结果比伏安法更灵教, 更精确, 更直观。 实验原理及理论法分析 一、电桥法侧二极管的伏安特性曲线 半导体二极管：半导体二极管的特性是单项导电性。即当外加正向电压时，它呈现的电阻（正向电阻）比较小，通过的电流比较大，当外加反向电压时，它呈现的电阻（反向电阻）很大，通过的电流比很小，（通常可以忽略不计）。反应二极管的电流随电压变化的关系曲线，叫做二极管的伏安特性。 测量二极管的伏安特性通常需要交替使用电流表的内接和外接法，才能减少电流表和电压表的接入影响所造成的系统误差。 但在实际测量中，由于二极管的正向压降很小，而通常低量程的直流电压表内阻Rv不是很大，电流表的内阻Ra也不太小，它们接入后对电路的影响仍然比较明显，因而测量误差的结果很难降低较多。 位置准确地测量二极管的伏安特性，必须有效的降低电流表，电压表的接入影响。 利用电桥平衡原理测二极管的伏安特性的电路如图1所示电流表和电压表分别作为直流电桥的一个桥臂。构成桥式电路，图中G为检流计，Rw3