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1、-二极管伏安特性曲线的研究-第 3 页二极管伏安特性曲线的研究一、设计目的电路中有各种电学元件，如晶体二极管和三极管，光敏和热敏元件等。人们通常需要了解它们的伏安特性，以便正确的选用它们。通常以典雅为横坐标，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。该设计通过测量二极管的伏安特性曲线，了解二极管的导电性的实质，使我们在设计电路时能够准确的选择二极管。二、 设计原理1、二极管的伏安特性 （1）二极管的伏安特性方程为：式中，Is为反向饱和电流，室温下为常数；u为加在二极管两端电压；UT为温度的电压当量，当温度为室温27时，UT26mV。当PN结正向偏置时，若uUT，则上式可
2、简化为：IFISeu/UT。当PN结反向偏置时，若uUT，则上式可简化为：IRIS。可知- IS与反向电压大小基本无关，且IR越小表明二极管的反向性能越好。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，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其导通电压时，电流急剧增加，二极管导通后，电压少许变化，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
3、向电流过大而损坏二极管。二极管伏安特性示意图1、2所示。 图1锗二极管伏安特性 图2硅二极管伏安特性 2、二极管的伏安特性曲线 下面我们以锗管为例具体分析，其特性曲线如图3所示，分为三部分： 图3 半导体二极管(硅管)伏安特性 (a)正向特性 OA段为死区，此时正偏电压称为死区电压Uth，硅管0.5V，锗管0.1V。AB段为缓冲区。BC段为正向导通区。当uUth时，二极管才处于完全导通状态，导通电压UF基本不变。硅管为0.70.8V,一般取0.7V，锗管为0.20.3V，通常取0.2V。当二极管为理想二极管时，UF=0。 (b)反向特性 如图OD段所示，二极管处于截止状态，在电路中相当于开关处
4、于关断状态。(c)反向击穿特性如图所示，反向电流在E处急剧上升，这种现象称之为反向击穿，此时所对应的电压为反向击穿电压UBR。对于非特殊要求的二极管，反向击穿时会使二极管PN结过热而损坏。三、设计过程 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4所示，电阻选择R=500 ，起限流作用 ,电压源E取0-15V连续可调。根据所得的各组数据在坐标纸上描绘二极管反向偏置测试时的特性曲线。 图4 二极管反向特性测试电路2、正向特性测试电路二极管在正向测试时，呈现的电阻值较小，应采用电流表外接测试电路。如图5所示。电源电压E在010V内调节，变阻器开始
5、设置500，调节电源电压在0-10V内变动，以得到所需电流值。然后在坐标纸上描绘正向偏置时的特性曲线。 图5 二极管正向特性测试电路3、二极管的单向导电性的验证图6 半导体二极管单向导电性 a)二极管正向偏置 b)二极管反向偏置 图6(a)中的开关闭合，灯亮，大电流；图6(b)开关闭合，灯不亮，电流几乎为零。 二极管阳极电位高于阴极电位，称为二极管(PN结)正向偏置，简称正偏；二极管阳极电位低于阴极电位，称为二极管(PN结)反向偏置，简称反偏。二极管正偏导通，反偏截止的这种特性称为单向导电性。四、 设计总结 1、在设计之前要反复思索，仔细考虑，形成一个完整的思路。 2、电路连接后要仔细检查，无错误后接通电路，开始测量。 3、测量过程中要有耐心，仔细记录各组数据。 4、描绘特性曲线，与理论曲线相比较。