第二十八卷第九期 ２０１３年９月 楚雄师范学院学报 ＪｏＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＵＸＩＯＮＧ ＮＯＲＭＡＬ ＵＮⅣＥＲＳｒＩＹ Ｖｏ１．２８ ＮＯ．９ Ｓｅｐ．２０１３
稳压二极管伏安特性的测量
和俊杰，丁鸿哲，彭跃红
（楚雄师范学院物理与电子科学系，云南楚雄６７５０００）
摘 要：本文通过伏安法、等效法和直流电桥法三种方法分别测量稳压二极管的伏安特性。利用ｏｒｉｇｉｎ软 件描绘出这三种方法测量的伏安特性曲线，并进行分析比较。 关键词：稳压二极管；伏安法；直流电桥 中图分类号：ＴＮ３０７文章标识码：Ａ文章编号：１６７１—７４０６（２０１３）０９—００３２—０３
引言
二极管是非线性元件，具有单向导电性能。其正向电阻小，反向电阻大。正向电阻比较复杂，
变化范围较大，当正向电压小于二极管死区电压时，基本不导电，电阻较大；当正向电压加大到正
常工作区域时，电阻较小。对二极管伏安特性曲线的测量，常采用伏安法。但是伏安法测这种阻值
变化范围很大的二极管，无论采用内接法还是外接法，都不能精确地测量出二极管的伏安特性曲
线 。稳压二极管的外特性曲线与普通二极管相似，其差别是稳压二极管的反向特性曲线比较陡。
１．测量二极管伏安特性曲线的三种方法
１．１伏安法
Ｅ
图１．１ 伏安法测量二极管伏安特性电路
如图１．１所示，当开关Ｋ 打向Ａ位置时，电流表内接法，此时二极管等效电阻的测量值为：
Ｒ＝ＲＤ＋ （１）
其中，Ｒ。为二极管等效电阻的实际值，Ｒ 表示电流表的电阻。
当开关Ｋ’打向Ｂ位置，电流表外接法，此时二极管的测量值为：
（２）
其中，Ｒ 为电压表的内阻。
不管采用电流表内接法还是外接法测量二极管的伏安特性，都会引入方法误差。针对二极管为
非线性电阻，其正向电阻较小，容易满足尺 远远大于Ｒ。这一条件，故实验采用电流表外接法测量二
极管正向伏安特性；同时，二极管反向电阻较大，容易满足 远远小于Ｒ。这一条件，故实验采用电
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精彩文档 稳压二极管伏安特性
稳压管也是一种晶体二极管，它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。稳压管在稳压设备和一些电子电路中获得广泛的应用。我们把这种类型的二极管称为稳压管，以区别用在整流、检波和其他单向导电场合的二极管。如图画出了稳压管的伏安特性及其符号。
稳压管的主要参数如下：
(1)稳定电压Uz Uz就是PN结的击穿电压，它随工作电流和温度的不同而略有变化。对于同一型号的稳压管来说，稳压值有一定的离散性。
(2)稳定电流Iz 稳压管工作时的参考电流值。它通常有一定的范围，即Izmin——Izmax
(3)动态电阻rz 它是稳压管两端电压变化与电流变化的比值，如上图所示，即这个数值随工作电流的不同而改变。通常工作电流越大，动态电阻越小，稳压性能越好。
下图示出了稳压管工作时的动态等效电路，图中二极管为理想二极管。 实用标准文案
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(4)电压温度系数 它是用来说明稳定电压值受温度变化影响的系数。不同型号的稳压管有不同的稳定电压的温度系数，且有正负之分。稳压值低于4v的稳压管，稳定电压的温度系数为负值；稳压值高于6v的稳压管，其稳定电压的温度系数为正值；介于4V和6V之间的，可能为正，也可能为负。在要求高的场合，可以用两个温度系数相反的管子串联进行补偿(如2DW7)。
(5)额定功耗Pz 前已指出，工作电流越大，动态电阻越小，稳压性能越好，但是最大工作电流受到额定功耗Pz的限制，超过P2将会使稳压管损坏。
选择稳压管时应注意：流过稳压管的电流Iz不能过大，应使Iz≤Izmax，否则会超过稳压管的允许功耗，Iz也不能太小，应使Iz≥Izmin，否则不能稳定输出电压，这样使输入电压和负载电流的变化范围都受到一定限制。
1 实 验 报 告
课程名称 普通物理实验2 实验项目 PN结温度特性与伏安特性的研究
专业班级 姓 名 学 号
指导教师 成 绩 日 期2022年9月11日 一、实验目的
1. 在恒定温度条件下，测量正向电压随正向电流的变化关系，绘制伏安特性曲线。 2. 在恒定电流条件下，测绘PN结正向压降随温度的变化曲线，确定其灵敏度，估算被测PN结材料的禁带宽度。 3. 学习指数函数的曲线回归的方法，并计算出玻尔兹曼常数，估算反向饱和电流。 4. 探究：用给定的PN结测量未知温度。
二、实验仪器
PN结正向特性综合实验仪、温度传感实验装置、样品室、Pt100温度传感器、PN结集成温度传感器。 三、实验原理 1.PN结的正向特性 理想PN结的正向电流和压降存在关系：
由于在常温(300K)时，kT/q≈0.026V,而PN结正
向压降约为十分之几伏，则,因此括号内-1项完全可以忽略，有：
𝐼𝑠为反向饱和电流，它是和PN结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数：
实验报告内容：一.实验目的 二.实验仪器（仪器名称、型号） 三.实验原理（包括文字叙述、公式和原理图） 四.实验内容与步骤 五、实验原始数据和数据处理 六.实验结果 七.分析讨论（主要分析实验的误差来源和减小误差的方法，对实验过程和实验结果的评价和对实验方法或实验装置的建议等） 八.思考题 图1 PN结温度传感器
2 其中C是与结面积、掺质浓度等有关的常数：r也是常数；为绝对零度时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。可得： 其中： 设温度由变为𝑇时，正向电压由变为，由上式可得： 按理想的线性温度影响，VF应取如下形式：
等于温度时的值。
由（6）式可得：
所以：
由理想线性温度响应式和实际响应式相比较，可得实际响应对线性的理论偏差为：
综上所述，在恒定小电流条件下，PN结的对T的依赖关系主要取决于线性项
，即正向压降几乎随温度升高而线性下降，这就是PN结测温的理论依据。
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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模拟电子技术课程设计
2 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 模拟电子技术课程设计
