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

匸V/Rv+V/ R D (1.1)

图2.2.1补偿法测二极管伏安特性曲线电路图

工作原理：当两直流电源的同极端相连接，而且其电动势大小恰好相等时（

U BC = U BA ），回路

中无电流通过检流计 G ,其指示为0,此时电流表 A 的读数是通过二极管的电流，电压表的读数是 二极管两端的电压，这样在表上读取的电压和电流的数值，作

V-I 曲线就不存在理论误差。

测量步骤：（1 ）调C 点到最左端，调 R 到最大；（2）合上K i ;断开K o 、K 2；（ 3）调节C 点到选定电压 V ;（ 4）合上K 2、K o ;调节R ，使G 指示为0;（ 5）闭合再断开 K o 观察G 有无 变化，若有变化则进一步调节 R ，直到K 0

断开、闭合G 无变化为止，记录 V 和A 的读数；（6）重 复2〜5步骤，测量出一组 V-I 值，作V-I 曲线。

补偿法在测量中理论误差为零，实验中误差主要来源于仪器的精确度及测量中的随机误差和视 力引起的误差还有过失误差等。此方法测量精确度较高，但电路较为复杂，操作比较麻烦。

电压 U/v

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.55

0.60

0.65

0.68

0.70

电流 1/mA

此次测量用作标纸绘图绘出伏安曲线 2.3等效法

等效法测量电路如图

2.3.1所示

［3］

。

Ko

(V)Rv

R D

」_IN4007

Ki

CH1

CH?

图2.3.1等效法测二极管伏安特性曲线电路图

测量原理：保持P 点不变，调节R 0使无论K 2在位置还是2位置，电压表上度数不变，这时有:

此方法避免了测量二极管支路电流时由于接入电表引起的理论误差。

测量步骤：（1）P 点调节到最下端，R o 调到最大，合上 K i ； （ 2） K 2合到位置1，调节P 点 使V 达到测量电压值；（3）保持P 点不动，K 2合到2位置，调节R o 使电压表数值为 V ，记录下 V ,1A 值；（4）重复2〜3步，测出一组 V-I A 值，作V-I 曲线

［4］

。

此方法没有理论误差，线路较简单，相对易操作，测量精确度较高（与补偿法相当）。

2.3.1

电压 U/v

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.55

0.60

0.65

0.68

0.7

电流 1/mA

1.4示波器法

示波器法测量电路如图

1.4.1所示。

R A

Ri

Rv

D IN4007

R D 匸

R D = R A + R o 故 I=Ia 。

E

Us

图2.4.1示波器法测二极管伏安特性曲线电路图