实验一二极管特性实验
一、实验目的：
1、验证晶体二极管的单向导电特性。
2、学会测量晶体二极管的伏安特性曲线。
3、掌握几种常用特种功能二极管的性能和使用方法。
二、实验前准备：
1、复习晶体二极管结构和伏安特性。
2、阅读光电二极管、发光二极管和稳压管的特性和使用范围。
3、复习用万用表测量晶体二极管的方法。阅读用图示仪测试晶体二极管及用示波
器测量输出电压的方法。
三、实验设备：
KJ120学习机一台
数字式万用表一块
指针式万用表一块（20KΩ/V DC）
四、实验原理：
晶体二极管由一个PN结构成，具有单向导电作用。几种常用二极管的符号如图1.1所示。
（a） (b) (c)
图1.1几种常见二极管的符号
图1.1（a）为普通二极管，如In4001;In4148;2AP等。
图1.1（b）～(c)为稳压管、发光二极管等。
如稳压管，它工作在反向击穿区。使用时，利用反向电流在击穿区很大范围内变化而电压基本恒定的特性来进行稳压。
发光二极管是一种把电能变成光能的半导体器件。发光二极管有各种颜色，例如有发红光的，发黄光的，发绿光的等等。
发光二极管工作电压较低（1.6～3V），正向工作电流只需几毫安到几十毫安，故常作线路通断指示和数字显示。
若将万用表黑表笔接二极管正极，红表笔接二极管负极，则二极管处于正向偏置，呈现低阻，表针偏转大；反之，二极管处于反向偏置，呈现高阻，表针偏转小。根据
两次测得的阻值，就可以辨别二极管的极性。
注意万用表不同的电阻挡的等效内阻各不相同测得的阻值有差异。一般不宜采用RX10K 挡来测二极管，因该挡的电源电压较高（一般为9V ），有可能损坏管子．
五、实验步骤：
1、二极管的一般测试。
（1）按实验报告表1.1要求多用万用表测量二极管（IN4001、IN4148、2AP 、LED ）
的正、反向阻值。将数据填入表1-1中。
（2）二极管正向电压测量：调电位器，使I=5mA 分别测量五种二极管的正向电
压，将数据填入表1-1中。
图1.2 二极管正反向电压测量电路 （a ）正向电压测量电路 （b ）反向电压测量电路
2、测量2AP 的伏安特性。
（1）测量2AP 正、反向伏安特性的线路见图1.2（a ）、（b ）。按图接好线路图1.2
测量2AP 伏安特性的线路。
（2）将电位器R w 中心滑臂旋至地端，接通电源。调节R w 阻值使输出电压逐渐增
大。按实验报告表1-2要求测量2AP 或2CK 的正向伏安特性，并将数据填入该表，在直角坐标上绘成曲线。
（3）按实验报告表1-2要求，测量2AP 或2CK 的反向伏安特性。注意2AP 型管
反向电流不要超过400ｕA 。数据填入表中，在直角坐标上绘成反向特性曲线。 3、交流电路中二极管（IN4001）作用实验
（a ）正向接法 （b ）反向接法
图1.3 二极管单向导电试验线路
（1）实验线路如图1.3所示。按图（a ）接线
（2）调好示波器，用示波器分别观察图1.3（a ）线路中A 、B 两点的输出波形。 （3）将D 反接，线路如图1.3（b ）所示，用示波器观察输出波形。将波形绘入实
验报告表1-3中。
V V
18
V
4、稳压管实验
（1）用万用表测量10V/1W 稳压管的正反向电阻。数据填入实验报告表1-4中。 （2）按图1.5接线。将直线电源先置于0V 挡，然后按实验报告表1.4要求进行实
验，数据填入表中。
图1.5 稳压管的稳压性能实验线路
图中的‘R ’用学习机中限流指示部分（R100Ω/4W+R470Ω/3W+LED ）替代。
5.发光二极管（LED ）实验
（1）用万用表测量发光二极管正反向电阻，由于发光二极管正向导通时管压降大
于1.5V 故需用Rx10k 挡进行测量，否则正反向均呈开路状态。
（2）发光二极管实验线路如图1.6所示。按图1.6安装元器件。调节R w 使电流分
别为0.3mA 、3mA 、10mA ，观察LED 亮度，观察LED 两端电压。数据填入实验报告表1-5中。
图1.6 发光二极管实验电路
注意：
发光二极管微亮、亮可由实验者规定。过亮，则超过其允许功耗。此时应增大R 阻值，降低LED 的工作电流， 否则易烧毁。
实 验 报 告
表1-1 二极管正反向电阻
V m .2V
5~0
E ~0=V
表1-2 逐点测量二极管伏安特性
二极管型号___________。
实验图1.1 直角坐标表1-3 二极管单向导电（整流）
稳压二极管特性
稳压管型号___________。稳压值___________。
表1-5发光二极管（LED）测试
总结各类二极管的特性
实验二 三极管特性试验
一、实验目的：
1、学会用万用表判别晶体三极管的类型的管脚。
2、测试晶体三极管的输入，输出特性。
二、实验准备：
1、了解使用万用表判别晶体三极管的类型和管脚的方法。明确当万用表拨到电阻挡时，红、黑表笔各接通表内电池的正极还是负极？如何根据测量表笔的颜色和测得的阻值来判断管型和管脚，测试的方法的依据是什么？
2、复习晶体管共发射接法的输入、输出特性。
三、实验设备：
KJ120学习机1台 数字式万用表1块
指针式万用表1块（20K Ω/V DC ）
四、实验原理：
1、利用万用表检测晶体三极管 （1）判断基极和管子类型
由于三极管的基极对集电极和发射极的正向电阻都较小，据此，可先找出基极。例如黑表笔接基极，红表笔接另外两个极，阻值都很小，则为NPN 型三极管的基极。如果红表笔接基极、黑表笔接另外两个极，阻值都很小，则为PNP 管的基极，如图2.1所示：
(a)NPN 型管 （b ）PNP 管
图2.1 判断晶体三极管的基极和类型
（2）判断集电极和发射极
在三极管的类型和基极确定后，将红、黑表笔分别接待测的集电极和发射极，基极通过20～100千欧的电阻与集电极相接。根据三极管共发射极电流放大原理可知，PNP 型三极管集电极接红表笔（电池负极）时，表针偏转角度将变大，如图2.1（a ）
所示。对于NPN 型三极管，则集电极接黑表笔时，表针偏转角度将变大，如图2.2（b ）所示。这样就可判断集电极和发射极。
（a ）PNP 型管 （b ）NPN 型管
图2.2 判断晶体三极管的集电极和发射极
（3）?值的测量
利用万用表测量晶体三极管?值的线路如图2.3所示。
《方法一》先将万用表置于1mA 挡，黑表笔接A 点，红表笔接B 点。
开关S 断开，记下万用表读数I B 。接通开关S ，记录读数I B 。接通开关S 断，记录万用表读数I 'C (即I C +I B 之和)。但由于I C 》I B ，所以，I 'C ≈I C
则?≈I C / I B
图2.3 万用表测量晶体管的β值 图2.4 万用表估测晶体管的β值 如果用万用表内电池（一般为1.5V ）进行测量，方法更简单，但精度较差， 仅适于比较几只晶体管的?值。
《方法二》将万用表置于R ×1挡，调零后将红表笔按图2.4中B 点、黑表笔 接A 点，开关S 断开，记录指针偏转格数N （因表针偏转极小，要仔细观察）。 接通开关S ，再记录指针偏转格数M 。 ?≈M/N
五、实验线路
晶体管共发射极输出特性曲线的实验线路如图2.5所示。
图2.5 晶体管共发射极输出特性曲线的实验线路
六、实验项目
1、用万用表判别三极管类型和引出脚，并估测质量。
2、用逐点测量法测量晶体三极管共发射极输出特性曲线。
七、实验步骤
1、用万用表测量晶体三极管
（1）测量三极管各极间双向电阻。
（2）测量晶体三极管各极间的正、反向阻值。
按实验报告表要求进行测量，数据填入表2-1中。
（3）测量晶体三极管输出特性
逐点测量法按图2.5安装好电路，分别测量“NPN”开关管根据实验报告表2-2要求进行实验并做好记录，将输出特性曲线绘入实验报告图2.1中。在做
I B﹦0实验时，切断基极电源V B。在做V CE﹦0实验时，应将电源V CC断开。
2、三极管参数测试
（1）极间电流
按图2.6接线测三种管子（9013、9012、C1008）的I CBO、I CEO填入表中
图2.6 级间电流测试电路
（2）静态和动态电流放大系数
按图2.7接线测三种管子（9013、9012、C1008）的?值填入表中。
图2.7 静态和动态电流放大系数测试电路
实验报告
根据表2-2数据计算：当V CE=5V I C=2mA时, ?=____。当V CE=5V I C=6mA时, ?=____。
实验三 场效应管特性实验
一、实验目的：
1、了解场效应管的特性和使用方法。
2、学会利用万用表判别场效应管的引出脚和质量。
二、预习要求：
复习场效应管的构造、分类和基本特性。弄懂场效应管的几种重要参数的意义，掌握使用注意事项。
三、实验原理：
和普通晶体管相比较，场效应管具有输入阻抗性、噪声低、热稳定性好、抗 辐射能力强等优点，为制造优异的大规模集成电路提供了有利条件。根据结构不 同，场效应管可分为两大类：一类是结构场效应管（简称JFET ），如3DJ6，3DJ7； 另一类是绝缘栅场效应管（简称IGFET ），如3D01，3D04等。
结型场效应管的结构示意图和符号如图3.1所示。
（a ）N 沟道 （b ）P 沟道
图3.1 结型场效应管的结构和符号
使用场效应管时要注意与双极型晶体管的不同点。
双极型晶体管是电流控制器件，作为大器件使用时，基极必须正确。场效应管是电压控制器件，工作时G ，S 间必须反向偏置。
结型场效应管的夹断电压V P 是指I D ﹦0时的V DS 值。 饱和漏电流I DSS 是指当V DS ﹦0时的I 值。
四、实验线路：
实验线路如图3.2，3.3所示。
五、实验项目：
1、用万用表判断结型场效应管的极性和各引出脚功能。
2、用逐点法测绘N 型沟道结型场效应管输出特性曲线和饱和漏电流I DSS ，夹断电压V P 。
3、结型场效应管放大器实验。
G
符号
漏极G 符号
图3.2（a）测夹断电压电路（b）测开启电压电路
图3.3 N沟道结型场效应管输出特性测试电路
六、实验步骤：
1、用万用表判别结型场效应管
（1）引出脚功能判断。
由图3.1中可看出它的漏、源极是制造在同一类型材料上（N型硅或P型硅），漏源之间没有PN结。因此用万用表测量漏源极间电阻时正反向都一样（由于制造工艺关系，实测时略有不同）。栅源间和栅漏间存在一个PN结，所以栅漏或栅源之间的正反向电阻不一样。
根据上述原理，可以用万用表R×100挡，首先找出正反向阻值接近的漏源两极，余下的为栅极。由于漏源两极可以调换使用故不再区分。
万用表仍置于R×100挡，测量栅源或栅漏之间的正反向电阻。
如果红表笔接栅极时阻值小，表明该管为P型，反之为N型。
如果漏源之间的阻值很大或过小，栅漏或栅源之间的正反向阻值相差不大时，均表示该管质量不佳。
（2）放大能力的判断。
将万用表置于R×100挡，两表棒分别与场效应管的漏源极相接（不必分红黑表棒），用手指碰触栅极，表针应有偏转，偏转幅度越大，该管放大性能越好。但要注意，手指除碰触栅极外，不能触及管帽、漏、源极或万用表笔的金属部分。
2、夹断电压V P和开启电压V GS（TH）的测量。
（1）按图3.2调节V DD为8V、此时V DS 也为8V。调节W使V GS更负，当I D下降至50ｕA左右时（若I 达不到10ｕA时，应增加V GS的电源电压），此时电压表所指V DS值，即为该管V DS为8伏时的夹断电压V P。
（2）绝缘栅型场效应管开启电压的测量
3、用逐点测量法绘制结型场效应管和绝缘栅型场效应管的输出特性曲线，测量线路见图3.3。按实验报告表3-1，表3-2所列要求进行测量。
实验报告
根据表中数据绘制结型场效应管输出特性曲线
实验图3.1结型场效应管输出特性曲线
表3-2逐点测量法测绝缘栅型场效应管输出特性
根据表中数据绘绝缘栅场效应管输出特性曲线
I D（mA）
V DS(V)
实验图3.2 绝缘栅场效应管输出特性曲线
实验四 晶闸管特性实验
一、实验目的：
1.验证晶闸管的工作原理。
2.掌握晶闸管的简单应用方法。
二、实验准备：
1.阅读晶闸管的工作原理，了解晶闸管的导通条件和关断方法。
2.掌握用万用表判别晶闸管电极和质量的方法。
三、实验原理：
单向晶闸管是一种四层三端半导体器件， 它具有三个PN 结。三端引出脚分别为阳极A 、阴极K 和控制极G ，单向晶闸管结构图、符号和等效图如图4.1（a ）、（b ）、(c)所示。
（a ）结构图 （b ）符号 （c ）等效图
图4.1 单向晶闸管
从图4.1可以看出，单向晶闸管相当于PNP 型和NPN 型两个晶体三极管集基极相互联的三端半导体器件。在它的A 极和K 极间加正电压后，只有在G ，K 加上正向触发电压，晶闸管才导通，一旦导通，就立即进入饱和导通状态。
晶闸管导通后控制极就失去了控制作用。就使晶闸管截止，只有把阳极电压切除或反向。阳极电压被切除，或晶闸管的阳极电流降低到维持电流以下时，晶闸管就关断了；如果使阳极电压反向（如交流负半周到来），晶闸管将关断得更加迅速。
晶闸管一旦截止，即使恢复AK 之间的正向电压（如交流正半周到来时），仍不能导通，必须重新触发才能导通。
由于晶闸管具有以上特性，已被广泛应用于晶闸管整流，直流无极调速售调光，调温，逆变等电路中，还可作为无触点开关等。
双向晶闸管是单向晶闸管的进一步发展，它是五层三端半导体器件，等效于二只单向晶闸管反向并联，如图4.2所示，其中图（a ）为结构图，图（b ）为符号，图（c ）为等效图。
（a ）结构图 （b ）符号 （c ）等效图
图4.2 双向晶闸管
从图4.2等效图可以看出，双极晶闸管用于交流电电路中，效率比单向晶闸管高，而它的触发方式由于正反向都可触发J ，比单晶闸管硅简单。注意，双向晶闸管三端引出线除控制极仍被称为G 外，其余二个电极不再分阳极，阴极，而称为T1，T2极。 但触发信号必须加在G 与T1之间。 如果用于直流电路中， T2相当于阳极，T1相当于阴极，G 为栅极。
由于双向晶闸管的出现，将导致传统性使用继电器的自动控制技术发生重大的变革。
四、实验线路：
1.晶闸管触发导通实验线路如图3.3所示。
图3.3 晶闸管触发导通实验线路
2.晶闸管参数测试实验线路如图
3.4所示。
图3.4 晶闸管参数测试实验线路
3.晶闸管交流供电工作原理实验线路如图3.5所示。
图3.5 晶闸管交流供电工作原理实验线路
五、实验项目：
1. 用万用表判别单向晶闸管的电极和质量。
2. 单向晶闸管的触发、导通、维持电流及截止条件的实验。
3. 晶闸管参数测试
（1）触发电压（2）触发电流（3）维持电流（4）正向压降
4. 交流电路中的晶闸管
（1）单向（2）双向
六、实验步骤：
（一）用万用表测试晶闸管
A.单向晶闸管
1.三引出脚极性判别
从图3.1（a）看出，单向晶闸管G、K之间只有一个PN结。因此它们之间的正反向电阻和一般二极管一样，而A，K之间的正反向阻值均应很大。利用这个原理就可以判别各引出端极性。
注意，由于生产厂家不同，晶闸管引出脚的排列可能有不同，管子上标号也易磨损，所以在使用时要先用万用表判别一下，以免接错管脚。
判别步骤如下：
（1）将万用表置于R×10挡用两表笔分别测量晶闸管每二个引出端间的阻值找出其中阻值最小的二个极，它们分别为G售K端，第三端即为阳极A。
（2）再用万用表测量G，K 之间正反向电阻（这一点与一般二极管不一样，可控硅G，K之间的正、反向阻值相差不一定太大），其中阻值较小的，黑表笔所接电极为控制极G，红表笔所接为阴极K。
2.单向晶闸管的质量判别
将万用表置于只R×1挡，黑表笔接A端、红表笔接K端，此时万用表指针不应偏转，如有偏转，说明晶闸管已击穿。用导线A、G之间接通一下，万用表指针如果立即偏转，说明晶闸管良好。
3.晶闸管触发电流大小的估计
测试方法同2。只是把万用表分别置于R×10、R×100、R×1k 等挡。使用
档次越高，可控硅仍能触发导通,表明该晶闸管所需的触发电流越小。
B.双向晶闸管
1.判别双向晶闸管引出脚功能
将万用表置于R×100挡，分别测量每两个引出脚之间的正反向电阻，如果
某二个引出脚正反向阻值不同时，这两引出脚为T1及G极。其中阻值小的接黑
表笔的是T1，接红表笔的是G极，剩下一个是T2极（T1与T2之间电阻为∞）。
2.判断质量
将万用表置于R×1挡，红表笔接T1，黑表笔接T2，此时万用表指针不偏转。
用导线将晶闸管G端与T2碰触一下，万用表指针应偏转，说明在此状态时晶闸
管良好。再将红表笔接T2，黑表笔接T1，用导线将T2与G碰触一下，若万用表
指针发生偏转，证明此双向晶闸管双向控制性能均好，如果只有某一方向良好，
该晶闸管可能是单向晶闸管或另一方向可控性能失效。
注意，由于晶闸管的工作电流随管子型号不同而不同，所需触发电流也不同。
当用万用表及R×1挡判别它的触发功能不够好时，该管不一定是废品。可在R
×1挡红表笔引出端加接一节1.5V电池，使电压增加到3V（设万用表﹑电池是
1.5V）再测试。如果仍然不能触发，那么该管损坏的可能性较大。
（二）晶闸管的触发导通性能实验
1.按图3.2所示连接各元器件，断开S，R旋至最小值。
2.接通S，加上触发电流，观察发光二极管是否发光。
3.断开S，晶闸管导通后撤去触发电压，观察发光二极管是否继续发光。
4.切断阳极电压后再接通S，观察发光二极管是否发光。
（三）晶闸管参数测试
实验线路如图3.4所示。按图3.4所示连接各元器件分别测试：（1）触发电
压（2）触发电流（3）维持电流（4）正向压降
（四）交流电路中晶闸管的工作原理实验
实验线路如图3.5所示。按图3.5所示连接各元器件。按照下列步骤进行验：
1.开关与1端接通，直流触发，观察发光二极管是否发光。
2.开关与2端接通，利用交流电源正半周进行触发，观察发光二极管是否发光。触发时加在SCR阳极上的交流也为正半周。
将实验结果记录于实验报告表3-2中。
注意：由于不同厂家﹑不同型号的晶闸管，其管脚位置均有不同请用户特别注意！
下面举例说明。
12
1
实验报告
实验五光敏二极管的测试及光控电路
一、实验目的：
1、掌握光敏二极管的测试及使用方法。
2、掌握CB555电路的使用方法。
二、实验内容：
1、光敏二极管的特性测试。
2、CB555集成电路的测试。
3、完成光控单稳开关电路。
三、实验原理：
光敏二极管又称光电二极管，它是一种常用的光敏元件。文字符号为“VD”，图形符号及外形分别见图a,它和晶体二极管相似。光电二级管也具有一个PN结，不同的是光电二极管的壳是透明的。以便使光线能够照射到PN结上。图b是光电二极管的典型电路，工作电压U反向加在光电二极管VD上，无光照时光电二极管VD反向电流I极小。因此负载R L上的输出电压U0也极小。当有光照时VD的反向电流明显增大，这时输出电压U0也较大，并随光照强度的变化而变化。从而实现了光电转换。光电二极管的型号很多，常用的是2CU型。
光电二极管主要参数：
（1）工作电压U MAX（无光照），反向电流通常不超过0.1uA，光电二极管所允许的最高反向电压，一般在10---50V之间。
（2）暗电流I D(无光照)<0.5uA.
（3）光电流（光照时加有反向电压的光电管中流过的电流）一般为几十微安。
四、实验仪器：
1、直流稳压电源一台
2、包板一块
3、导线若干
4、发光二极管、光电二极管、R L=R1=1K、R2=50K、CB555集成电路各一个
5、电容C为1uF或4.7uF。各一个
图a 图b
图c
五、实验步骤：
1、用万用表测出光电管的正向电阻和反向电阻，包括无光照及光照时的情况。
2、按图b接通电路，当电源电压分别为5V,10V,15V时测试光照和无光照时电阻
R L上的电压值U L,计算通过R L的电流I。
3、按图c接通单稳态触发电路，在光电二极管处短路一下，看单稳态电路是否启
动。计时并计算处在此时单稳态电路中阻容值确定的单稳态时间。
4、列表示出，测试值进行比对，得出自己的结论。
5、举例说明所做的单稳态开关电路的实际应用。
六、数据处理：
1、万用表测得的数据进行分析。
2、电路中测得数据进行分析。
3、改变电压时测得数据进行分析。
4、计算单稳态的延迟时间，图c中单稳态在无光照时，接通电源输出V0由低跳到
高而延迟的电路。
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
课程设计任务书 课程设计任务书
目录： 实验目的 (1) 实验内容 (1) 实验仪器 (1) 实验原理 (1) 注意事项 (4) 实验步骤 (5) 实验结果 (12) 实验总结 (15) 参考文献 (15)
光电二极管特性测试实验 一、实验目的 1、学习光电二极管的基本工作原理； 2、掌握光电二极管的基本特性参数及其测量方法，并完成对其光照灵敏度、伏安特性、时间响应特性和光谱响应特性的测量； 3、通过学习，能够对其他光伏器件有所了解。 二、实验内容 1、光电二极管暗电流测试实验 2、光电二极管伏安特性测试实验 3、光电二极管光照特性测试实验 4、光电二极管时间特性测试实验 5、光电二极管光谱特性测试实验 三、实验仪器 1、光电二极管综合实验仪 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，
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、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管等。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。
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 表1-2 正向伏安曲线测试数据表 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。
1．电阻测量法用黑纸或黑布遮住光敏二极管的光信号接收窗口，然后用万用表R×1k档测量光敏二极管的正、反向电阻值。正常时，正向电阻值在10~20kΩ之间，反向电阻值为∞（无穷大）。若测得正、反向电阻值均很小或均为无穷大，则是该光敏二极管漏电或开路损坏。 再去掉黑纸或黑布，使光敏二极管的光信号接收窗口对准光源，然后观察其正、反向电阻值的变化。正常时，正、反向电阻值均应变小，阻值变化越大，说明该光敏二极管的灵敏度越高。 2．电压测量法将万用表置于1V直流电压档，黑表笔接光敏二极管的负极，红表笔接光敏二极管的正极、将光敏二极管的光信号接收窗口对准光源。正常时应有0.2~0.4V电压（其电压与光照强度成正比）。 3．电流测量法将万用表置于50μA或500μA电流档，红表笔接正极，黑表笔接负极，正常的光敏二极管在白炽灯光下，随着光照强度的增加，其电流从几微安增大至几百微安。 1．光敏二极管的简易判别方法 （1）电阻测量法 用万用表1k档，测正向电阻约10kΩ左右。在无光照情况下，反向电阻应为∞，反向电阻不是∞，说明漏电流大；有光照时，反向电阻应随光照增强而减小，阻值小至几kΩ或1kΩ以下。 （2）电压测量法 用万用表1V档（无1V档可用1．5V或3V档），红表笔接光敏二极管的“十”极，黑表笔接“-”极，在光照情况下，其电压应与光照度成比例，一般可达0．2～0．4V。 （3）短路电流测量法 用万用表50mA或500mA电流档，红表笔接光敏二极管的“十”极，黑表笔接“-”极，在白炽灯下（不能用日光灯），应随光照的增强，其电流随之增加。短路电流，可达数十mA～数百mA。 光敏二极管的主要特性参数 ①最高反向工作电压VRM:是指光敏二极管在无光照的条件下，反向漏电流不大于0.1μA时所能承受的最高反向电压值。 ②暗电流ID:是指光敏二极管在无光照及最高反向工作电压条件下的漏电流。暗电流越小，光
电子实验报告 实验名称二极管的伏安特性日期 2014/3/30 一、实验目的 1、了解二极管的相关特性 2、学会在面包板上搭接测量电路。 3、学会正确使用示波器测量二极管的输入输出波形 4、学习使用excel画出二极管的伏安特性曲线 5、学会正确使用函数信号发生器、数字交流毫伏表。 6、学习使用Multisim电子电路仿真软件。 二．实验仪器设备 示波器、函数发生器、面包板、二极管、电阻、万用表，实验箱等。 三、实验内容 1、准备一个测量二极管伏安特性的电路。 2、在面包板上搭接二极管伏安特性的测量电路，给电路加入可调的正向和反向的输入电压，分别测量不同电压下流经二极管的电流，记录数据，用excel 画出二极管的伏安特性曲线。 正向输入测量8组数据，反向测量6组。 3、给二极管的测量电路加入正弦波，用示波器分别测量二极管的输入输出波形，解释输出波形的特征。 4,利用二极管和电阻画出或门和与门，并连接电路，测量检验。 四、实验原理 示波器工作原理是利用显示在示波器上的波形幅度的相对大小来反映加在示波器Y偏转极板上的电压最大值的相对大小， 二极管是最常用的电子元件之一，它最大的特性就是单向导电，也就是电流只可以从二极管的一个方向流过 电路图： 其伏安特性图为：
电路图为： 动态电路： 正向，二极管两端： 电阻两端：
反向：二极管两端 电阻两端
2）与门，或门可以通过二极管和电阻来实现。五、实验数据 上述实验图分别对应的波形图及实验数据如下：正向，二极管两端：
信号类型Vpp:V Vmax:V Vmin:V T:ms 输入信号 5.1 2.43 -2.71 1.9986 输出信号 3.4 0.7 -2.67 1.9997 电阻两端： 信号类型Vpp:V Vmax:V Vmin:V T:ms 输入信号 5.1 2.43 -2.71 2.0013 输出信号 1.85 1.8 -0.05 2.0013 反向：二极管两端
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
光敏电阻伏安特性、光敏二极管光照特性(FB815型光敏传感器光电特性实验仪 ) 凡是将光信号转换为电信号的传感器称为光敏传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量，如光强、光照度等;也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。 光敏传感器的物理基础是光电效应，通常分为外光电效应和内光电效应两大类，在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射现象，则称为外光电效应或光电子发射效应。基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。另一种现象是电子并不逸出材料表面的，则称为是内光电效应。光电导效应、光生伏特效应都是属于内光电效应。好多半导体材料的很多电学特性都因受到光的照射而发生变化。因此也是属于内光电效应范畴，本实验所涉及的光敏电阻、光敏二极管等均是内光电效应传感器。 通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池与光学纤维的光电传感特性及在某些领域中的应用。 【实验原理】 1(光电效应: (1)光电导效应: 当光照射到某些半导体材料上时，透过到材料内部的光子能量足够大，某些电子吸收光子的能量，从原来的束缚态变成导电的自由态，这时在外电场的作用下，流过半导体的电流会增大，即半导体的电导会增大，这种现象叫光电导效应。它是一种内光电效应。
光电导效应可分为本征型和杂质型两类。前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带，价带中由于电子离开而产生空穴，在外电场作用下，电子和空穴参与电导，使电导增加。杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带，从而使电导增加。杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。 (2)光生伏特效应: 在无光照时，半导体结内部有自建电场。当光照射在结及其附近时，在能量PNPN 足够大的光子作用下，在结区及其附近就产生少数载流子(电子、空穴对)。载流子在结区外时，靠扩散进入结区;在结区中时，则因电场的作用，电子漂移到区，空穴漂移EN到区。结果使区带负电荷，区带正电荷，产生附加电动势，此电动势称为光生电动PPN 势，此现象称为光生伏特效应。 2(光敏传感器的基本特性: 光敏传感器的基本特性则包括:伏安特性、光照特性等。 伏安特性: 光敏传感器在一定的入射光照度下，光敏元件的电流与所加电压之间的关系称为IU光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到一族伏安特性曲线。它是传感器应用设计时的重要依据。 光照特性: 光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性，有时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性，它也是光敏传感器应用设计时选择参数的重要依据之一。
实验四二极管特性曲线及应用 一、实验目的 1. 了解二极管的单向导电特性。 2. 学习二极管极性及性能是否良好的判断方法。 3. 用仿真软件仿真测试和二极管的伏安特性曲线。 二、实验原理 二极管，是电子元件当中一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过。许多二极管的使用是应用其整流的功能。而变容二极管（Varicap Diode ）则用来当作电子式的可调电容器。 大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为“整流（Rectifying ）”功能。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过（称为顺向偏压），反向时阻断（称为逆向偏压）。因此，二极管可以想成电子版的逆止阀。然而实际上二极管并不会表现出如此完美的开与关的方向性，而是较为复杂的非线性电子特征。 晶体二极管为一个由p 型半导体和n 型半导体形成的pn 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pn 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。 外加正向电压时，在正向特性的起始部分，正向电压很小，不足以克服PN 结内电场的阻挡作用，正向电流几乎为零，这一段称为死区。这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。当正向电压大于死区电压以后，PN 结内电场被克服，二极管正向导通，电流随电压增大而迅速上升。在正常使用的电流范围内，导通时二极管的端电压几乎维持不变，这个电压称为二极管的正向电压。当二极管两端的正向电压超过一定数值，内电场很快被削弱，电流迅速增长，二极管正向导通。叫做门坎电压或阈值电压，硅管约为0.5V ，锗管约为0.1V 。硅二极管的正向导通压降约为0.6~0.8V ，锗二极管的正向导通压降约为0.2~0.3V 。 外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。由于反向电流很小，二极管处于截止状态。这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流，二极管的反向饱和电流受温度影响很大。一般硅管的反向电流比锗管小得多， 小功率硅 （a ）（b ）（c ）（d ） 图3.1 常见二极管的符号
光敏传感器的光电特性研究 (FB815型光敏传感器光电特性实验仪) 凡是将光信号转换为电信号的传感器称为光敏传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量，如光强、光照度等；也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量,如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点,因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。 光敏传感器的物理基础是光电效应，通常分为外光电效应和内光电效应两大类,在光辐射作用下电子逸出材料的表面,产生光电子发射现象,则称为外光电效应或光电子发射效应。基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。另一种现象是电子并不逸出材料表面的,则称为是内光电效应。光电导效应、光生伏特效应都是属于内光电效应。好多半导体材料的很多电学特性都因受到光的照射而发生变化。因此也是属于内光电效应范畴,本实验所涉及的光敏电阻、光敏二极管等均是内光电效应传感器。 通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻、光敏二极管的光电传感特性及在某些领域中的应用。 【实验原理】 1．光电效应: (1）光电导效应: 当光照射到某些半导体材料上时,透过到材料内部的光子能量足够大，某些电子吸收光子的能量，从原来的束缚态变成导电的自由态,这时在外电场的作用下,流过半导体的电流会增大，即半导体的电导会增大,这种现象叫光电导效应。它是一种内光电效应。 光电导效应可分为本征型和杂质型两类。前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带，价带中由于电子离开而产生空穴，在外电场作用下，电子和空穴参与电导，使电导增加。杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带，从而使电导增加。杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。 (２)光生伏特效应: 在无光照时,半导体PN结内部有自建电场。当光照射在PN结及其附近时,在能量足够大的光子作用下，在结区及其附近就产生少数载流子（电子、空穴对）。载流子在结区外时，靠扩散进入结区；在结区中时,则因电场E的作用,电子漂移到N区，空穴漂移到P 区。结果使N区带负电荷,P区带正电荷,产生附加电动势,此电动势称为光生电动势，此现象称为光生伏特效应。 2．光敏传感器的基本特性： 光敏传感器的基本特性则包括:伏安特性、光照特性等。
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）：
姓名班级________学号____ 实验日期__节次教师签字成绩 二极管的特性研究及其应用一．实验目的 1.通过二极管的伏安特性的绘制，加强对二极管单向导通特性的理解； 2.了解二极管在电路中的一些应用； 3，学习自主设计并分析实验 二．实验内容： 1.二极管伏安特性曲线绘制； 2.交流条件下二极管电压波形仿真； 3.二极管应用电路 三．实验仪器 稳压电源RIGOL DS5102CA FLUKE190型测试仪；1N4001二极管若干； 函数信号发生器 TFG2020G ；电阻若干； 四．实验步骤 1.二极管伏安特性曲线绘制； 二极管测试电路
（1）创建电路二极管测试电路； （2）调整V1电源的电压值，记录二极管的电流与电压并填入表1； （3）调整V2电源的电压值，记录二极管的电流与电压并填入表2； （4）根据实验结果，绘制二极管的伏安特性。 表一 V1 200mv 300mv 400mv 500mv 600mv 700mv 800mv 1v 2v 3v ID VD 表二 V1 I D V D 绘制U—I图: 2．交流条件下二极管电压波形仿真；
D1 1N4001GP R1 100Ω V16 Vpk 100 Hz 0° XSC1 A B C D G T 2 1 仿真电路图 仿真结果
3.二极管应用电路 （1）桥式整流电路 D1 1N4001 D2 1N4001 D3 1N4001 D4 1N4001 V115 Vpk 60 Hz 0° R1100Ω 1 3 45 用示波器测量R1两端波形，并记录
桥式整流电路仿真 D1 1N4001 D21N4001 D3 1N4001 D41N4001 V115 Vpk 60 Hz 0° R12kΩ 4 XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ 3 2 仿真结果
光敏二极管特性实验 一、实验目的 通过实验掌握光敏二极管的工作原理及相关特性，了解光敏二极管特性曲线及其测试电路的设计。 二、基本原理 1、光敏二极管工作原理（详见红外功率可调光源曲线标定实验）。 2、光敏二极管特性实验原理 光敏二极管在应用中一般加反向偏压，使得其产生的光电流只与光照度有关。图1-9中，当光照为零时，光敏二极管不会产生广生载流子，也没有其他电流流过，整个电路处于截止状态；当有光照时，光敏二极管产生光电流，由于放大器的正负输入端虚短，放大器输出负电压。再二级放大，然后用跟随器输出。并且光照越强，输出电压越大。 R2680 总线模块 光电检测综合试验台的总 线模块 +5V -5V AGND +12V -12V 222426 40 PIN1 光敏二极管 PIN2 电流流向 A V GND VCC Vin ADJ R11K LED C9013R2680 +5V 0~5V GND 实验台 R V A AGND
2_+ 3+5V -5V 74 2_+ 3+5V -5V 74 2_+ 3+5V -5V 74 -5V +5V 2224AGND 40 图1-9 光敏二极管特性测试图 三、实验仪器 1、光电检测与信息处理实验台（一套） 2、红外功率可调光源探头 3、红外接收探头 4、光电信息转换器件参数测试实验板 5、万用表 6、光学支架 7、导线若干 四、实验步骤 1、按图1-9连接实验线路。 （1）把光电信息转换器件参数测试实验板插在光电检测综合试验台的总线模块PLUG64－1、PLUG64－2、PLUG64－3的任意位置上； （2）由光敏二极管探头的两个输出接线端PIN1、PIN2分别引出导线连接到试验台的总线模块的22（负极）和24
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
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
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 图3 导通压降与环境温度关系曲线 3、二极管漏电流与反向电压的关系 在二极管两端加反向电压时，其内部电场区域变宽，有较少的漂移电流通过PN结，形成我们所说的漏电流。漏电流也是评估二极管性能的重要参数，二极管漏电流过大不仅使其自身温升高，对于功率电路来说也会影响其效率，不同反向电压下的漏电流是不同的，关系如图4所示：反向电压愈大，漏电流越大，在常温下肖特基管的漏电流可忽略。 图4 反向电压与漏电流关系曲线 4、二极管漏电流与环境温度的关系 其实对二极管漏电流影响最大的还是环境温度，下图5是在额定反压下测试的关系曲线，从中可以看出：温度越高，漏电流越大。在75℃后成直线上升，该点的漏电流是导致二极管外壳在额定电流下达到125℃的两大因素之一，只有通过降额反向电压和正向导通电流才能降低二极管的工作温度。 图5 漏电流与环境温度关系曲线 5、二极管反向恢复时间 如图6所示，二极管的反向恢复时间为电流通过零点由正向转换成反向，再由反向转换
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