实验四 伏安法测二极管的特性
若电阻元件的伏安特性曲线呈直线型的，称为线性电阻，若呈曲线型的，称为非线性电
阻。如点亮的白炽灯泡的的钨丝、热敏电阻、光敏电阻、半导体二极管和三极管等都是曲线型的非线性电阻元件。非线性电阻伏安特性所反映出来的规律，总是与一定的物理过程相联系的。利用电阻元件的非线性特性研制出了各种新型传感器、换能器，在温度、压力、光强等物理检测和自动控制方面有着广泛的应用。 一、 实验目的
1．了解电磁学实验中基本仪器的性能和使用方法． 2．掌握电路联结方法和制流、分压电路的性能和特点．
3．掌握电磁学实验的操作规程与安全知识．
4．掌握伏安法测量电阻的方法和电表接入误差的修正。
5．掌握实验数据的图示法，获取有关物理量的动态信息，如二极管电阻的动态特性。 二、仪器与用具
直流电压表、直流电流表(A μmA 、)、电阻箱、滑线变阻器、直流稳压电源、万用电表、非线性电阻元件（锗二极管）、开关、导线等． 三、 实验原理 1．基本仪器的认识
(4)观察滑线变阻器的外型、结构，找出两固定端和滑动端，画出符号并画出在电路中的两
种联结方法，记录全电阻值，和额定电流值，想法估算出每圈电阻丝的电阻值R ?(表格自拟). (5)计算电表在21标度值的最大引用误差I ?、V ?，电阻箱在925.6Ω时的误差．
2．控制电路的性能和特点
作为一个实验电路，一般由电源、控制和测量电路三部分组成，
控制电路是根据所测对象的要求设计的．被测对象可以是电阻、电容、电感，也可以兼而有之．并抽象成一个等效负载L R ．根据负载所要
求的电流、电压的变化范围，确定一个合适的电源．控制电路的作用，就是调控负载的电流、电压，使其达到预定的要求．常用的控制电路有制流电路和分压电路．实验室所用控制电路主要是
由滑线变阻器和电阻箱构成． 图4-1
(1) 制流电路
电路如图4-1所示：E 为直流电源；0R 为滑线变阻器；mA 为直流毫安表；L R 为负载，即电阻箱；K 为电源开关．整个电路为串联．其中将滑线变阻器的滑动头C 和任一固定端(如A )串联在电路中作为一个可变电阻，移动滑动头C 的位置可以连续改变AC 之间的电阻AC R ．从而改变电路中的电流I ． 当C 滑至A 点时，AC R =0，L
R E
I =max ，
E U =max ；
当C 滑至B 点时，AC R =0R ，
)(0min L R R E
I +=，)
(0min L L
R R ER
U +=. 可见，当C 滑由A 点滑至B 点时，相应
的电流变化范围为：[L R E ,L R R E
+0]，相应的 图4-2
电压变化范围为：[E ,
)
(0L L
R R ER +]．
一般情况下负载L R 中的电流为：
),(0
0max 0
00R R x R R k x k k I R R R R R E R R E
I AC L AC L AC L ==+=+=+=
其中 (4.1)
负载L R 上电流的改变是靠移动滑动头C 实现的．对滑线变阻器，最小位移是一匝．因
此，在电路各参数一定情况下，一匝电阻0R ?的大小就决定了电流的最小改变量．现以(4.1)式对AC R 微分，得AC L AC AC AC R R R E R I R I ?+-=???=?2
)( , 而N R R AC 0
=?,（N 为滑线变阻器总匝数）则：
N
R E I R E I I 0
202min
?=?=?
(4.2)
从 (4.2)式可见，当电路中E 、L R 、0R 确定后，I ?与2I 成正比．故电流越大，细调越困
难．为了解决这一问题，常在图4-1中再串一个滑线变阻器．构成二级制流电流，如图3.6-2其中阻值较大的作粗调，阻值较小的作细调．因此，一般在一级制流电路中，为了平稳调节所须电流，常取1~5.00
=R R L ，在二级制流电路中，常取第二级变阻器阻值为0
)2.0~1.0(R 为宜．
(2) 分压电路
如图4-3所示：E 为直流电源；0R 为滑线变阻器；mA 为直流毫安表；L R 为负载，即电 阻箱；K 为电源开关．滑线变阻器两固定端A 、B 与电源串联．负载L R 与电流表串联后与 滑线变阻器的滑动端C 和固定端A 并联．电压表V 如图并联其上．移动滑动头C ，可连续改 变输出电压．
当C 滑至B 时，输出电压E V =max ；当滑动头C 滑至A 点时，输出电压0max =V ；当
C 在A 、B 间任意位置时．输出电压为
图4-3 图4-4
X R R E KR R R R R R E
R R R R R R R R R E U BC L AC AC
L AC L BC AC
L AC
L BC
AC
L AC
L +=
?++
=
+??
++?=
)(1 (4.3) 式中
BC AC R R R +=0,0R R K L =,0
R R X AC =，同样，负载L R 上电压的改变也是靠移动C 实现
的，对滑线变阻器，最小位移是一匝．因此，在电路参数已定的情况下，一匝电阻0R ?的大小就决定了电压的最小改变量．
但不论0R 的大小，负载L R 上的电压均可从E →0，从而使分压电路在实验中得到较多
应用；同时K 越小，电压调节越不均匀，给实验带来困难；K 越大，电压调节越均匀．考
虑到变阻器的尺寸、功率，一般K 取1～2之间． 当K <<1时，由(4-3)，有近似：E R R U BC
L
=
， 微分上式可得：BC L BC BC L R E R U R R E R U ??=???=
2
2
)( 最小电压改变量： N
R E R U U L 0
2min
)(?=? (4.4)
式中N 为滑线变阻器总匝数．
当K>>1时，略去式(4.4)中的X R BC ?，有近似：0
R E R U AC =
微分上式可得：AC R R E
U ??=
?0
最小电压改变量：
N E
R R E U =??=?00min )( (4.5)
从 (4.5)式可知，当E 、0R 、N 确定后，负载L R 上电压调节为一常数，它表示在整个调节范围内，调节的精细程度处处一样．若一般分压
不能达到细调要求，可以如图4-4(b)进行分压．大电阻作粗调，小电阻作细调．
(3) 分压、制流混联电路
如图4-5所示．在负载L R 较小，要求L U ， 图 4-5
L I 的变化较大的场合，常用此电路．
3．晶体二极管的伏安特性
晶体二极管是由N 型和P 型半导体材料组成，其符号如图
4-6所示，如在二级管的“+”端接高电位，“-”端低电位，称为二极管的正接，反之，称为反接。
当二极管正接时，随电压的增加电流也随之增加，当所加电压小于导通电压(锗管导通电压为V 15.0左右，硅管导通电压为V 6.0左右)时，电流增加得很缓慢；当电压增加到超过导通电压时，再稍加大电压，电流急剧增大，如图4-7第一象限
曲线，谓之二极管的正向特性曲线；当二极管反接时， 图4-6
电压即使增加，这时流过二极管的电流很微小，基本不 导通，即处于反向截止状态，这就是二管的单向导电性，利用它作为整流装置，当反向电压增加到二极管的击穿电压时，流过二极管的电流突然猛增，如图4-7第三象限的曲线；谓之二极管的反向特性曲线。
根据欧姆定律电阻公式R
U
R =，这里
的R 是个常数，其伏安特性曲线是通过原点的一条直线，这种电阻谓之线性电阻；非线性电阻I
U
R ??=
，它是个动态电阻，是个变量。 用伏安法测量电阻时，由于电流表，电压表都有一定内阻，当它们接入电路后，改变原电路的状态，从而使测量产生一定的系统误差，如图4-8（a)所示，电压表测量的虽是二极管的端电压，但电流表测量的却是二极管和电压表两路电流之和，而流过二
极管的电流 图4-7
V
D
V D R V I I I I -
=-= 式中V R 为电压表的内阻，如把电流表的指示值I 视为流过二极管的电流，由此带来的系统误差： V
D
D D R V I I I =
-=δ （4.6） 从上式看出只有电压表内阻V R →∞时，d I δ→0，实际电压表的内阻，并不满足以上要求，
当V R 值相对被测阻值不是 足够大时，D I δ值将较大，如
超过电流表的引用误差时，必须由此而产生的系统误差按
(4.6)式进行修正；如按图 4-8(b)所示电路进行测量，电
流指示值如实反映了流过二极 图4-8 管的电流值，但电压表的测量值却是二极管和电流表上两者电压之和，二极管上实际的电位差
A D A R I U U U U -=-=
式中A R 为电流表内阻，如把电压表的指示值视为二极管两端电位差，由此带来的系统误差为：
D A I U U U =-=δA R (4.7)
从上式看出只有电流表的内阻A R →0时，D U δ→0，实际的电流表均有一定内阻，当A R 较大时，D U δ随之增大，同样要对该系统差进行修正。
图4-8 (b)的电流表接在电压表之外，称为伏安法测电阻的外接法；图4-8(a)的电流表接在电压表之内，称为内接法。但无论哪种接法，均存在系统误差。
非线性电阻伏安特性的测量可采用如图4-9所示线路图。当K 与1接通，成为内接法，
当K 与2接通，成为外接法。V R 、A R 为已知，根据测量值可以进行相应地修正计算。 四、 实验内容
1．基本仪表、电器的认识．仔细观察实验桌上的仪表，做好(1)-(5) ．
2.根据图4-9接线，滑线变阻器p R 的阻值应大于R 的阻值，置p R 于最大值，C 点滑至B 端，检查线路无误和电表的档级合适后接通电源。
按内接法测量，调节p R 和C 点位置，电压由
0伏开始，每隔0.06伏测量一次对应的D I 值至到 图4-9
I 值约为(1/2～2/3)max D I 值为止。(二极管正向允许通过的电流最大值由实验室给出)。（数据记录如表一）
3.依上述方法，按外接法测量。（数据记录如表二）
4.将二极管反接，用内接法测二极管反向特性，电流表为微安表，取电压为击穿电压
1/3为止。(二极管反向击穿电压值由实验室给出)，切勿超过!
5.计算正向特性的内，外接法之修正值列入表中，画出二极管正、反向伏安特性曲线，
计算出正向曲线上各点对应的直流电阻值，并在同一图上用虚线作出正向直流电阻—电流关
系曲线，同时计算出在10伏点的二极管反向电阻值。
五、思考与问答
1．在电磁学实验中，确保人身和仪器设备安全的一般原则是什么?电磁学实验的安全操
作规程是哪些?
2．电磁测量中的标准器有哪些?使用中又有哪些规定?
3．电阻箱每个电阻的额定功率是W
.0，用Ω
25
,
R R=25Ω，其额定电流
786
25
Ω
Ω
=8765
,
各多少?
4．有三块电压表，其规格为：①0～7.5V，1.0级；②0—3V，1.5级；③0—15V，0.5
级．若被测电压约2.5V，要使测量误差小于2%，问用哪块表合适，试计算说明之．
5.什么叫内接法和外接法?画图表示之。
6.为什么测二极管的反向特性一般不能用外接法?
7.研究一下你所测二极管的伏安特性曲线，试述其特性何在?
APD光电二极管特性测试实验 一、实验目的 1、学习掌握APD光电二极管的工作原理 2、学习掌握APD光电二极管的基本特性 3、掌握APD光电二极管特性测试方法 4、了解APD光电二极管的基本应用 二、实验内容 1、APD光电二极管暗电流测试实验 2、APD光电二极管光电流测试实验 3、APD光电二极管伏安特性测试实验 4、APD光电二极管雪崩电压测试实验 5、APD光电二极管光电特性测试实验 6、APD光电二极管时间响应特性测试实验 7、APD光电二极管光谱特性测试实验 三、实验仪器 1、光电探测综合实验仪 1个 2、光通路组件 1套 3、光照度计 1台 4、光敏电阻及封装组件 1套 5、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 7、三相电源线 1根 8、实验指导书 1本 9、示波器 1台 四、实验原理 雪崩光电二极管APD—Avalanche Photodiode是具有内部增益的光检测器，它可以用来检测微弱光信号并获得较大的输出光电流。 雪崩光电二极管能够获得内部增益是基于碰撞电离效应。当PN结上加高的反偏压时，耗尽层的电场很强，光生载流子经过时就会被电场加速，当电场强度足够高(约3x105V／cm)时，光生载流子获得很大的动能，它们在高速运动中与半导体晶格碰撞，使晶体中的原子电离，从而激发出新的电子一空穴对，这种现象称为碰撞电离。碰撞电离产生的电子一空穴对在强电场作用下同样又被加速，重复前一过程，这样多次碰撞电离的结果使载流子迅速增加，电流也迅速增大，这个物理过程称为雪崩倍增效应。 图6-1为APD的一种结构。外侧与电极接触的P区和N区都进行了重掺杂，分别以P+和N+表示；在I区和N+区中间是宽度较窄的另一层P区。APD工作在大的反偏压下，当反偏压加大到某一值后，耗尽层从N+-P结区一直扩展(或称拉通)到P+区，包括了中间的P层区和I区。图4的结构为拉通型APD的结构。从图中可以看到，电场在I区分布较弱，而在N+-P区分布较强，碰撞电离区即雪崩区就在N+-P区。尽管I区的电场比N+-P区低得多，但也足够高(可达2x104V／cm)，可以保证载流子达到饱和漂移速度。当入射光照射时，由于雪
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。
光敏二极管特性测试实验 一、实验目的 1.学习光电器件的光电特性、伏安特性的测试方法； 2.掌握光电器件的工作原理、适用范围和应用基础。 二、实验内容 1、光电二极管暗电流测试实验 2、光电二极管光电流测试实验 3、光电二极管伏安特性测试实验 4、光电二极管光电特性测试实验 5、光电二极管时间特性测试实验 6、光电二极管光谱特性测试实验 7、光电三极管光电流测试实验 8、光电三极管伏安特性测试实验 9、光电三极管光电特性测试实验 10、光电三极管时间特性测试实验 11、光电三极管光谱特性测试实验 三、实验仪器 1、光电二三极管综合实验仪 1个 2、光通路组件 1套 3、光照度计 1个 4、电源线 1根 5、2#迭插头对（红色，50cm） 10根 6、2#迭插头对（黑色，50cm） 10根 7、三相电源线 1根 8、实验指导书 1本 四、实验原理 1、概述
随着光电子技术的发发展,光电检测在灵敏度、光谱响应范围及频率我等技术方面要求越来越高，为此，近年来出现了许多性能优良的光伏检测器，如硅锗光电二极管、PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）等。光敏晶体管通常指光电二极管和光电三极管，通常又称光敏二极管和三敏三极管。 光敏二极管的种类很多，就材料来分，有锗、硅制作的光敏二极管，也有III－V族化合物及其他化合物制作的二极管。从结构我来分，有PN结、PIN结、异质结、肖特基势垒及点接触型等。从对光的响应来分，有用于紫外光、红外光等种类。不同种类的光敏二极管，具胡不同的光电特性和检测性能。例如，锗光敏二极管与硅光敏二极管相比，它在红外光区域有很大的灵敏度，如图所示。这是由于锗材料的禁带宽度较硅小，它的本征吸收限处于红外区域，因此在近红外光区域应用；再一方面，锗光敏二极管有较大的电流输出，但它比硅光敏二极管有较大的反向暗电流，因此，它的噪声较大。又如，PIN型或雪崩型光敏二极管与扩散型PN结光敏二极管相比具有很短的时间响应。因此，在使用光敏二极管进要了解其类型及性能是非常重要的。 光敏二极管和光电池一样，其基本结构也是一个PN结。与光电池相比，它的突出特点是结面积小，因此它的频率特性非常好。光生电动势与光电池相同，但输出电流普遍比光电池小，一般为数微安到数十微安。按材料分，光敏二极管有硅、砷化铅光敏二极管等许多种，由于硅材料的暗电流温度系数较小，工艺较成熟，因此在实验际中使用最为广泛。 光敏三极管与光敏二极管的工作原理基本相同，工作原理都是基于内光电效应，和光敏电阻的差别仅在于光线照射在半导体PN结上，PN结参与了光电转换过程。 2、光电二三极管的工作原理 光生伏特效应：光生伏特效应是一种内光电效应。光生伏特效应是光照使不均匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在空间分开而产生电位差的现象。对于不均匀半导体，由于同质的半导体不同的掺杂形成的PN结、不同质的半导体组成的异质结或金属与半导体接触形成的肖特基势垒都存在内建电场，当光照射这种半导体时，由于半导体对光的吸收而产生了光生电子和空穴，它们在内建电场的作用下就会向相反的方向移动和聚集而产生电位差。这种现象是最重要的一类光生伏特效应。均匀半导体体内没有内建电场，当光照射时，因眼光生载流子浓度梯度不同而引起载流子的扩散运动，且电子和空穴的迁移率不相等，使两种载流
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。
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
光电二极管特性测试及其变换电路 1实验目的 (1)学习掌握光电二极管的工作原理 (2)学习掌握光电二极管的基本特性 (3)掌握光电二极管特性测试的方法 (4)了解光电二极管的基本应用 2实验内容 (1)光电二极管暗电流测试实验 (2)光电二极管光电流测试实验 (3)光电二极管伏安特性测试实验 (4)光电二极管光电特性测试实验 (5)光电二极管时间特性测试实验 (6)光电二极管光谱特性测试实验 3实验仪器 (1)光电器件实验仪1台 (2)示波器1台 (3)万用表1个 (4)计算机1套 4实验原理 光电二极管又称光敏二极管。制造一般光电二极管的材料几乎全部选用硅或锗的单晶材料。由于硅器件较锗器件暗电流、温度系数都小得多,加之制作硅器件采用的平面工艺使其管芯结构很容易精确控制，因此,硅光电二极管得到了广泛应用。 光电二极管的结构和普通二极管相似，只是它的PN结装在管壳顶部，光线通过透镜制成的窗口，可以集中照射在PN结上，图1（a）是其结构示意图。光敏二极管在电路中通常处于反向偏置状态，如图1（b）所示。
（a）结构示意图（b）基本电路 图1 光电二极管结构图 PN结加反向电压时，反向电流的大小取决于P区和N区中少数载流子的浓度，无光照时P区中少数载流子(电子)和N区中的少数载流子(空穴)都很少，因此反向电流很小。但是当光照射PN结时，只要光子能量hv大于材料的禁带宽度，就会在PN结及其附近产生光生电子—空穴对，从而使P区和N区少数载流子浓度大大增加。这些载流子的数目，对于多数载流子影响不大，但对P区和N 区的少数载流子来说，则会使少数载流子的浓度大大提高，在反向电压（P区接负，N区接正）作用下，反向饱和漏电流大大增加，形成光电流，该光电流随入射光照度的变化而相应变化。光电流通过负载R L时，在电阻两端将得到随人射光变化的电压信号如果入射光的照度改变，光生电子—空穴对的浓度将相应变动，通过外电路的光电流强度也会随之变动，光敏二极管就把光信号转换成了电信号。 5注意事项 1、实验之前，请仔细阅读光电探测综合实验仪说明，弄清实验箱各部分的功能及拨位开关的意义； 2、当电压表和电流表显示为“1＿”是说明超过量程，应更换为合适量程； 3、连线之前保证电源关闭。 4、实验过程中，请勿同时拨开两种或两种以上的光源开关，这样会造成实验所测试的数据不准确。 6实验步骤 6.1光电二极管暗电流测试 实验装置原理框图如图2所示，但是在实际操作过程中，光电二极管和光电三极管的暗电流非常小，只有nA数量级。这样，实验操作过程中，对电流表的要求较高，本实验中，采用电路中串联大电阻的方法，将图2中的RL改为20M，
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
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；
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。
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。
贵州民族学院 《光电探测与信号处理》 课程论文 《光电二极管》 学院计算机与信息工程学院 专业光信息科学与技术 班级09 光信 姓名张家文 学号 2 0 0 9 0 7 0 4 0 0 5 4 指导教师李林福
光电二极管 张家文 摘要：通过实验测量的方法分析光电二极管的伏安特性、暗电流、光电流及光照特性、光谱特性参数，用测试参数进行数据处理和分析。 关键词：光电二极管伏安特性光电流光谱特性 一、光电二极管的工作原理： 光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。光电二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。光电二极管和普通二极管一样具有一个PN结，不同之处是在光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换。 二、光电二极管的种类、特性与用途： 1.PN型： 特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。 用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。 2.PIN型： 特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应。 用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真。 3.发射键型： 特性：使用Au薄膜与N型半导体结代替P型半导体。 用途：主要用于紫外线等短波光的检测。 4.雪崩型： 特性：相应速度非常快，因具有倍速做用，故可检测微弱光。 用途：高速光通信、高速光检测。 三、光电二极管的特性测试： 1、光电二极管伏安特性测试： 光电二极管的基本特性：光电二极管的输出光电流与偏压的关系称为伏安特性。 图1为光电二极管正偏和反偏的工作状态：
伏安特性实验报告 篇一：电路元件伏安特性的测量(实验报告答案) 实验一电路元件伏安特性的测量 一、实验目的 1．学习测量电阻元件伏安特性的方法； 2．掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法； 3．掌握直流稳压电源和直流电压表、直流电流表的使用方法。 二、实验原理 在任何时刻，线性电阻元件两端的电压与电流的关系，符合欧姆定律。任何一个二端电阻元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系式I＝f(U)来表示，即用I－U平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为电阻元件的伏安特性曲线。根据伏安特性的不同，电阻元件分为两大类：线性电阻和非线性电阻。线性电阻元件的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-1（a）所示。该直线的斜率只由电阻元件的电阻值R决定，其阻值R为常数，与元件两端的电压U和通过该元件的电流I无关；非线性电阻元件的伏安特性曲线不是一条经过坐标原点的直线，其阻值R不是常数，即在不同的电压作用下，电阻值是不同的。常见的非线性电阻如白炽灯丝、普通二极管、稳压二极管等，它们的伏安特性曲线如图1-1（b）、（c）、（d）所示。
在图1-1中，U ＞0的部分为正向特性，U＜0的部分为反向特性。 (a)线性电阻 (b)白炽灯丝 绘制伏安特性曲线通常采用逐点测试法，电阻元件在不同的端电压U作用下，测量出相应的电流I，然后逐点绘制出伏安特性曲线I＝f(U)，根据伏安特性曲线便可计算出电阻元件的阻值。 三、实验设备与器件 1.直流稳压电源 1 台 2.直流电压表1 块 3.直流电流表1 块 4.万用表 1 块 5.白炽灯泡 1 只 6. 二极管1 只 7.稳压二极管1 只 8.电阻元件 2 只 四、实验内容 1．测定线性电阻的伏安特性按图1-2接线。调节直流稳压电源的输出电压U，从0伏开始缓慢地增加（不得超过10V），在表1-1中记下相应的电压表和电流表的读数。 2 将图1-2中的1kΩ线性电阻R换成一只12V，0.1A的灯泡，重复1的步骤， 在表1-2中记下相应的电压表和电流表的读数。 3 按图1-3接线，R为限流电阻，取200Ω，二极管的型号为1N4007。测二极
二极管伏安特性曲线的研究 1 2 3 一、设计目的 4 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5 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，6 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。7 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8 在设计电路时能够准确的选择二极管。 9 10 二、设计原理 11 1、二极管的伏安特性 12 （1）二极管的伏安特性方程为： 13 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 14 15 为温度的电压当量，当温度为室温27℃时，UT≈26mV。 16 当PN结正向偏置时，若u≥UT，则上式可简化为：IF≈ISeu/UT。 17 当PN结反向偏置时，若︱u︱≥UT，则上式可简化为：IR≈－IS。可知- IS 18 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。 19 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 20 21 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。 22 23 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24 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25 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26 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。 27 二极管伏安特性示意图1、2所示。 28 29 图1锗二极管伏安特性图2硅二极管伏安特性 30 31 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： 32 33
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”。（2）反向特性 二极管加上反向电压时，由于少数载流子的漂移运动，形成很小的反向电流。反向 电流有两个特性：一是它随随温度的增加而增长得很快，这是由于少数载流子的数量随随温度增加而按指数规律迅速增长的缘故；二是在反向电压不超过某一范围时，反向电流不随反向电压改变而达到饱和，故这个电流IBO称为反向饱和电流。 当加二极管的反向电压过高时，反向电流突然急剧增大，二极管失去单向导电性， 这种现象称为电击穿，这个电压URB称为反向击穿电压。发生击穿的原因是外加的强电场强制地把原子的外层价电子拉出来使载流子数目急剧上升。而处于强电场中的载流子又因获得很大的能量，而将其它价电子撞击出来，产生更多的载流子，如此连锁反应，使反向电流迅速增大，这种现象称为雪崩击穿。因此，当二极管的反向电压接近或超过击穿电压URB，又没有适当的限流措施时，将会因电流大，电压高而使管子造成永久性的损坏。 （3）主要参数 1、最大整流电流IOM 最大整流电流是指二极管能够允许通过的最大正向平均电流值。当电流超过这个允 许值时，二极管会因过热而烧坏，使用时务必注意。 2、反向击穿电压URB与最高反向工作电压URM URB是指二极管反向击穿时的电压值。击穿后，其反向电流剧增，二极管的单向导 性被破坏，甚至管子因过热而烧坏。一般手册上给出的最高反向击穿电压URM约为 反向击穿电压的一半或三分之二，经确保管子安全运行。 3、最大反向电流IRM
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，UT≈26mV。 当PN结正向偏置时，若u≥UT，则上式可简化为：IF≈ISeu/UT。 当PN结反向偏置时，若︱u︱≥UT，则上式可简化为：IR≈－IS。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 ①OA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。 ②AB段为缓冲区。③BC段为正向导通区。当u≥Uth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0.7~0.8V,一般取0.7V，锗管为0.2~0.3V，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于关断状态。 (c)反向击穿特性
实验报告 姓名：班级：学号：实验成绩：同组姓名：实验日期：2008/03/17 指导老师：批阅日期： --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 非线性元件伏安特性的测量 【实验目的】 1、学习测量非线性元件的伏安特性，针对所给各种非线性元件的特点，选择一定的实验方法，选用配套的实验仪器，测绘出它们的伏安特性曲线。 2、学习从实验曲线获取有关信息的方法。 【实验原理】 1．检波和整流二极管检波二极管和整流二极管都具有单向导电作用，他们的差别在于允许通过电流的大小和使用频率范围的高低． 2．稳压二极管稳压二极管的特点是反向击穿具有可逆性，反向击穿后，稳压二极管两端的电压保持恒定，这个电压叫稳压二极管的工作电压． 3．发光二极管发光二极管是由半导体发光材料制成的，与材料的禁带宽度所对应的电压叫发光二极管的开启电压．当加在发光二极管两端的电压小于开启电压时，发光二极管不会发光，其中也没有电流流过．电压一旦超过开启电压，电流急剧上升，二极管处于导通状态并发光，此时电流与电压呈线性关系，直线与电压坐标的交点可以认为是开启电压． 4．光电二极管光电二极管除了具有一般二极管的特性外，它的 PN 结装在管子的顶部，可以直接接收光照．无光照时，光电二极管的伏安特性与普通二极管相似．在光照下，构成光电二极管的 PN 结能产生电动势，称为光生伏特效应．与普通二极管不同，光电二极管通常工作在反向偏置电压状态或无偏压状态．它的伏安特性可用下式表示 上海交通大学 1/12 大学物理实验报告 图 2 光电二极管伏安特性曲线 【实验数据记录、结果计算】 ? 数据记录检波(正向) U/V I/mA 0.104 0.111 0.134 0.141 0.148 0.156 0.158 0.164 0.172 0.179 0.186 0.201 0.209 0.209 0.216 0.219 0.224 0.241 0.246 0.269 0.281 0.323 0.359 0.394 0.428 0.01 0.01 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.1 0.11 0.13 0.18 0.21 0.21 0.25 0.26 0.28 0.31 0.39 0.54 0.63 0.99 1.36 1.77 2.22