和俊杰，丁鴻哲，彭躍紅

(楚雄師范學(xué)院物理與電子科學(xué)系，云南 楚雄 675000)

引言

二極管是非線性元件，具有單向?qū)щ娦阅?。其正向電阻小，反向電阻大。正向電阻比較復(fù)雜，變化范圍較大，當(dāng)正向電壓小于二極管死區(qū)電壓時，基本不導(dǎo)電，電阻較大;當(dāng)正向電壓加大到正常工作區(qū)域時，電阻較小。對二極管伏安特性曲線的測量，常采用伏安法。但是伏安法測這種阻值變化范圍很大的二極管，無論采用內(nèi)接法還是外接法，都不能精確地測量出二極管的伏安特性曲線［1］。穩(wěn)壓二極管的外特性曲線與普通二極管相似，其差別是穩(wěn)壓二極管的反向特性曲線比較陡。

1.測量二極管伏安特性曲線的三種方法

1.1 伏安法

圖1.1 伏安法測量二極管伏安特性電路

如圖1.1所示，當(dāng)開關(guān)K2打向A位置時，電流表內(nèi)接法，此時二極管等效電阻的測量值為:

其中，RD為二極管等效電阻的實際值，RA表示電流表的電阻。

當(dāng)開關(guān)K2打向B位置，電流表外接法，此時二極管的測量值為:

其中，RV為電壓表的內(nèi)阻。

不管采用電流表內(nèi)接法還是外接法測量二極管的伏安特性，都會引入方法誤差。針對二極管為非線性電阻，其正向電阻較小，容易滿足RV遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RD這一條件，故實驗采用電流表外接法測量二極管正向伏安特性;同時，二極管反向電阻較大，容易滿足RA遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于RD這一條件，故實驗采用電流表內(nèi)接法測量二極管反向伏安特性。

1.2 等效法

等效法［2］測量電路如圖1.2所示。等效法實際上是用一個電阻完全替代二極管在該電壓下的等效電阻RD。保持滑動變阻器滑動觸頭和電源電壓E不變，通過調(diào)節(jié)電阻箱R0使開關(guān)K2無論在A位置還是B位置，電壓表上的讀數(shù)都不變。

圖1.2 等效法測量二極管伏安特性電路

根據(jù)歐姆定律可知:

電流表測量的電流I就是流過二極管的電流，即:

用等效法測量二極管伏安特性避免了接入電壓表時產(chǎn)生的支路電流。此時，二極管兩端的電壓和流過二極管的電流是分開測量，因此采用等效法測量二極管伏安特性不存在理論誤差。

1.3 直流電橋法

圖1.3 直流電橋法測量二極管伏安特性電路

電路如圖1.3所示。圖中G為檢流計，R2為限流電阻。電流表和電阻箱R2、電壓表、穩(wěn)壓二極管和電阻箱R1構(gòu)成直流電橋的四個橋臂。調(diào)節(jié)RP可以改變電壓表示數(shù)，通過調(diào)節(jié)電阻箱R1和R2可以使流過檢流計中的電流為0，此時電橋達(dá)到平衡。當(dāng)直流電橋達(dá)到平衡時，流過電流表測量的電流就等于流過二極管的電流，電壓表測量的電壓就為穩(wěn)壓二極管兩端的電壓。因此，采用直流電橋法測量二極管的伏安特性不會引入方法誤差［3—4］。

2.數(shù)據(jù)測量和結(jié)果分析

以穩(wěn)壓二極管為例，分別采用上述三種方法測量其伏安特性。實驗時采用數(shù)字萬用表來測量電壓和電流，電流表量程最小為2μA，電阻箱阻值可調(diào)范圍為0—99999.9Ω，最小阻值可調(diào)為0.1Ω，這樣保證了測量精度，同時，保證電橋平衡易于調(diào)節(jié)。

通過實驗數(shù)據(jù)測量，并利用origin軟件對所測實驗數(shù)據(jù)進行處理，分別繪制了這三種方法下測量得到的伏安特性曲線，如圖2.1所示。

圖2.1 三種測量方法分別測量得到的二極管伏安特性曲線

從圖2.1可以看出，等效法和電橋法由于沒有引入方法誤差，所測得的數(shù)據(jù)相差不大，兩條曲線基本能夠重合;采用伏安法測量穩(wěn)壓二極管伏安特性時，用電流表外接法測量二極管正向特性時，在同一電壓下所測出來的電流數(shù)值偏大，說明采用電流表外接法測量得到的二極管等效電阻值偏小;而采用電流表內(nèi)接法測量二極管反向特性時，在同一電流下所測出來的電壓數(shù)值偏大，說明采用電流表內(nèi)接法測二極管反向特性時得到的二極管等效電阻值偏大。通過這些分析，說明采用伏安法、等效法、直流電橋法測量穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線所測量數(shù)據(jù)、結(jié)果和理論相吻合。

3.結(jié)論

采用伏安法、等效法、直流電橋法測量穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線時，這三種方法各有優(yōu)缺點。伏安法原理簡單，易操作，是最常見的測量方法，但是誤差較大;等效法原理較簡單，操作方便，測量比較準(zhǔn)確，是測量穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線的一種理想方法;而采用直流電橋法測量穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線時，方法誤差也為零，原理簡單，但電路較復(fù)雜，操作麻煩，調(diào)節(jié)電橋平衡比較困難。

［1］賈玉潤.大學(xué)物理實驗［M］.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1987：201—204.

［2］陳木鑫.準(zhǔn)確測量二極管伏安特性的簡便方法［J］.韓山師范學(xué)院報，2005，26(6)：37—38.

［3］唐恒陽.改進的測二極管伏安特性的電路［J］.大學(xué)物理，2000，19(8)：31—32.

［4］肖景魁，張麗.二極管伏安特性曲線測試技術(shù)探討［J］.沈陽教育學(xué)院學(xué)報，2007，9(2)：107—108.