稳压二极管伏安特性

XXXXXX大学物理设计性实验测定稳压二极管的伏安特性曲线设计报告姓名：XX学号：2009XXXX专业：XXXXX班级：XXXX学院：XXXXXX指导老师：XXX2010年12月9日一、题目选择电路中二极管的应用比比皆是，有整流二极管、开关元件、限幅元件、继流二极管、变容二极管、稳压二极管等多种类型。

为了进一步了解二极管的工作原理，首先要了解它们的伏安特性曲线。

本实验通过对二极管伏安特性曲线的测定，了解二极管的单向导电性的实质。

二、实验原理1、原理及基础知识二极管是常见的非线性元件，其伏安特性曲线如图所示：当对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，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、通过对二极管不同电压下电流的测定，得出一系列电压和电流的数值，在坐标纸上作出U-I曲线,从而得出二极管的伏安特性曲线，进一步形象的认识二极管的单向导电性。

由此分析可知，能够达到精度、范围、功能的要求。

3、可行性分析运用所学过的电学实验的基础知识（电桥法测电阻、伏安法测电阻等），采用实验室已有的电学实验元器件（直流电源、电压表、电流表、滑线变阻器等），设计出一个测定二极管伏安特性曲线的电路。

通过对实验电路的控制，得出一系列电压和电流值，从而绘制二极管的伏安特性曲线。

三、方案设计测定非线性电阻可采用伏安法、电桥法、电势差计法、非平衡电桥法等，现对伏安法、非平衡电桥法进行介绍，进行比较之后选用一种合适的方法来测定二级管的伏安特性曲线。

1、 伏安法伏安法测二极管的伏安特性曲线，测量电路图如图所示：图（a ）是测定二极管正向导通状态的伏安特性曲线的电路。

硅稳压二极管的伏安特性曲线和稳压电路硅稳压管利用特别工艺制成具有稳压作用的特别二极管。

形状与一般二极管基本相同，电路符号有所差别，文字符号用V表示。

硅稳压二极管的伏安特性曲线如图所示，由曲线可以看出：(1)硅稳压二极管的正向特性与一般二极管相同。

(2)反向特性曲线比一般二极管陡峭。

在反向电压较小时，管子只有极微的反向电流。

当反向电流达到某一数值Uw时，管子突然导通，电压即使增加很少也会引起较大电流。

这种现象叫“击穿”，Uw叫击穿电压（即稳压管的稳定电压）。

在反向击穿区，稳压管的电流在很大范围内变化，Uw却基本不变（见曲线AB段），这就是稳压管的稳压作用。

由于稳压管是工作在反向击穿状态，所以接到电路中时应当反接（见图），即稳压管的正极应接被稳定电压的负极；稳压管的负极应接被稳定电压的正极。

假如稳压管的极性接反，不能起到稳压作用，此时稳压管两端的正向电压约为0.7V。

硅稳压管稳压电路如图所示。

图中Ui是需要稳定的直流电压，R是限流电阻，RL是负载电阻。

电路的工作过程如下。

(1)设负载电阻RL固定不变。

当输入电压Ui上升时，流过稳压管的电流将增加，流过限流电阻R的电流也相应地增加，则输出电压（也就是负载两端的电压）U0=Ui - UR就能保持不变。

同理，若输入电压减小，限流电阻上的电压也相应削减，从而保证负载两端的电压仍旧稳定。

(2)设输入电压Ui不变。

当负载电阻削减而使负载电流增加、限流电阻上的压降增大时，输出电压将下降。

但输出电压稍有下降，就会引起流过稳压管的电流下降，从而抵消了负载电流变化在限流电阻上造成的电压变化，保证了输出电压的稳定。

同理，当负载电阻增大时，由于稳压管的稳压作用，也能保证输出电压稳定。

可见，除稳压管起稳压作用外，限流电阻不仅有限流作用，也有调压作用，与稳压管协作共同稳定输出电压。

实验原理1、稳压二极管伏安特性描述2CW56属硅半导体稳压二极管，其正向伏安特性类似于1N4007型二极管，其反向特性变化甚大。

当2CW56二端电压反向偏置，其电阻值很大，反向电流极小，据手册资料称其值≤0.5A μ。

随着反向偏置电压的进一步增加，大约到7－8.8V 时，出现了反向击穿（有意参杂而成），产生雪崩效应，其电流迅速增加，电压稍许变化，将引起电流巨大变化。

只要在线路中，对“雪崩”产生的电流进行有效的限流措施，其电流有小许一些变化，二极管二端电压仍然是稳定的（变化很小）。

这就是稳压二极管的使用基础，其应用电路见图3－1。

图中，E —供电电源，如果二极管稳压值为7～8.8V ，则要求E 为10V 左右；R —限流电阻，2CW56，工作电流选择8mA ，考虑负载电流2 mA ， 通过R 的电流为10 mA ，计算R 值：R=I Vz E -=01.0810-=200ΩC —电解电容，对稳压二极管产生的噪声进行平滑滤波。

V Z —稳压输出电压。

图3－1 稳压二极管应用电路2、实验设计图3－2 稳压二极管反向伏安特性测试电路1)2CW56反向偏置0～7V左右时阻抗很大，拟采用电流表内接测试电路为宜；反向偏置电压进入击穿段，稳压二极管内阻较小（估计为R=8/0.008=1KΩ），这时拟采用电流表外接测试电路。

结合图3－1，测试电路图见图3－2。

实验过程电源电压调至零，按图3－2接线，开始按电流表内接法，将电压表＋端接于电流表＋端；变阻器旋到1100Ω后，慢慢增加电源电压，记下电压表对应数据。

当观察到电流开始增加，并有迅速加快表现时，说明2CW56已开始进入反向击穿过程，这时将电流表改为外接式，按表3－1继续慢慢地将电源电压增加至10V。

为了继续增加2CW56工作电流，可以逐步地减少变阻器电阻，为了得到整数电流值，可以辅助微调电源电压。

数据记录图表六、实验总结当稳压二极管尚未反向击穿时其反向电阻很大，使用电流表内接法，电流表的内阻相对于稳压二极管而言，压降很小，可以忽略。

稳压二极管基础知识稳压二极管是一种而接触型二极管，其电路符号如下：其伏安特性与普能二极管相似（如下图），而反相特性比较陡直，也就是反向电流在很大范围内变化时，端电压变化却很小，因而具有稳压作用。

正是利用这一特性，把稳压二极管反向接入电路中，只要反向电流不超过最大稳定电流，就不会对稳压二极管造成破坏性击穿。

因此在应用电路中要串上适当的限流电阻。

稳压二极管在应用电路中的两个基本要点：1。

要反向接入电路中2。

要串上适当的限流电阻稳压二极管的主要参数有：稳定电压（U Z）、稳定电流（I Z）、最大耗散功率（P ZM）、最大工作电流（I ZM）、动态电阻（r Z）。

1.稳定电压指流过规定电流时，稳压管两端的反向电压值，其值为稳压二极管的反向击穿值。

2.稳定电流指稳压管稳定电压工作时的参考电流值，通常为工作电压等于UZ 时所对应的电流值。

当工作电流低于I Z时，稳定效果变差，当低于IZmin稳压管将失去稳压作用。

3.最大耗散功率和最大工作电流这两个参数是为了何证管子不被热击穿而规定的极限参数，由管子允许的最高结温决定，P ZM=I ZM×U Z.。

4.动态电阻为电压为变化量与相应的电流变化量之比。

r Z值很小，通常娄几欧到几十欧，即反向特性曲线越陡，稳定性越好。

例：如下图求I R，I L，I Z先来分析一下稳压二极管的工作原理，假设Ui增大，Uo也会随之增大，于是加在稳压二极管两端的反向电压也增大，由稳压二极管的特性曲线看出，当很小的电压增加时，电流IZ会增大很多，于是IR也随之增大，于是R两端的电压也增大，其结果是Ui增大的绝大部分降在了电阻R两端。

输也电压Uo变化极小，起到稳压作用。

解：。

稳压二极管伏安特性曲线的测绘实训报告实训小组： 姓名： 实训地点： 实训时间： 一、实验目的1、 掌握二极管伏安特性的测量方法。

2、 通过测绘稳压二极管的正向特性去曲线及反向特性曲线，加深理解二极管的单向导电性和稳压二极管的稳压性能。

二、实验线路实验线路如图所示：+ - 三、实验器材 1、直流稳压电源；R P R V 2、电阻器、电位器、稳压二极管； 10K Ώ 100Ώ 2CW 3、万用表；V G 4、直流毫安表；5、直流微安表；-B 6、直流电压表(a) 四、实验内容及步骤1、测量二极管的特性+ - ①按实验图a 接好线路并复 查一次。

R P R V ②调节稳压电源输出直流电 10K Ώ 100Ώ 2CW 压为5V ，接入实验电路，“+”接 V G A ，“-”接B 。

③调节R P 使二极管反向电压 -B V D 依次偎实验表1所示数值，并 (b) 读出相应的各正向电流I D ，填入表中。

V D /V 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 I D /mA2、 测量二极管的反向特性①把实验图a 线路中的直流毫安表换成直流微安表，将稳压二极管方向接入电路， 调节稳压电源使输出电压为15Ｖ，接入电路，保持ＶＡＢ＝１５Ｖ。

②调节ＲＰ是二极管反向电压ＶＤ依次为实验表２所示数值（对于二极管而言是反 ＤV D /V－２.５ －５ －７.５ －１０ －１２.５ －１５ I D /mA ３、绘制被测稳压二极管伏安特性曲线（写到试卷反面）画入正、反向伏安特性曲线五、思考题１、如将稳压二极管换成普通二极管，能否用同样的实验方法测绘他的伏安特性曲线？ ２、测普通二极管方向特性曲线时，应注意什么？V mAV μΑ。

实验十二非线性元件伏安特性的测量和研究给一个元件通以直流电，用电压表测出元件两端的电压，用电流表测出通过元器件的电流。

通常以电压为横坐标、电流为纵坐标，画出该元件电流和电压的关系曲线，称为该元件的伏安特性曲线。

这种研究元件特性的方法称为伏安法。

伏安特性曲线为直线的元件称为线性元件，如电阻；伏安特性曲线为非直线的元件称为非线性元件，如二极管、三极管等。

伏安法的主要用途是测量研究线性和非线性元件的电特性。

非线性电阻总是与一定的物理过程相联系，如发热、发光和能级跃迁等，江崎玲、於奈等人因研究与隧道二极管负电阻有关的现象而获得1973年的诺贝尔物理学奖。

【实验目的】通过实验测量普通二极管、稳压二极管和发光二极管的伏安特性，掌握非线性元件伏安特性的测量方法、基本电路、误差计算，能够给出所测量元件的特性参数（如正向、反向导通电压，反向饱和电流。

击穿电压等）。

【实验仪器】非线性元件伏安特性实验仪，其控制面板如图1所示。

仪器由直流稳压电源、数字电压表、数字电流表、可变电阻器、普通二极管、稳压二极管、发光二极管、待测电阻等组成。

图1 非线性元件伏安特性实验仪控制面板仪器的使用及注意事项1、在实验过程中，通过调节分压调节以及分流调节旋钮来调节待测元件两端的电压。

2、面板的左部分电路为用来测试待测元件的正向特性；右部分电路用来测试待测元件的反向特性。

3、待测元件两端的电压由电压表给出，在测正向特性的时候，应该使用2V电压挡；在测量反向电压特性的时候，要使用20V电压挡。

4、 在接线的过程中，注意不要将各个元件的正负向接反。

5、 由于本实验需要连接线较多，在实验中应注意正确连接线路，且在使用时不可用力过猛。

6、 在测量反向特性时，当反向电流开始增大时应注意缓慢调节电压。

如果观测到反向电流有突变趋势，应该立即减小电压。

图2 非线性元件伏安特性实验仪实物照片【实验原理】1、伏安特性根据欧姆定律，电阻R 、电压U 、电流I,有如下关系：R U I = （1）由电压表和电流表的示值U 和I 计算可得到待测元件Rx 的阻值。

稳压二极管的伏安特性和等效电路利用二极管反向击穿特性实现稳压。

稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。

由二极管的特性曲线可知，当二极管反向击穿时，流过二极管的电流急剧增大，但二极管两端的电压几乎保持不变。

利用二极管的这一特性，采纳特别工艺制成在反向击穿状态下工作而不损坏的二极管，就是稳压管。

如图1所示。

稳压管在电路中常用符号DZ 表示。

(a)伏安特性(b)符号和等效电路图1 稳压管的伏安特性和等效电路当反向电压增大到击穿电压UZ时，反向电流IZ将急剧增加。

击穿电压UZ为稳压管的工作电压，IZ为稳压管的工作电流。

稳压管主要有2CW和2DW两个系列，其参数如表1所示。

表1 稳压管的主要参数型号举例参数2CW7C2DW7C2DW151参数意义稳定电压UZ/V5～6.56～6.5440～510 UZ是稳压管正常工作时两端的电压值。

可依据实际需要在半导体器件手册中选用稳定电流IZ/mA 10105 IZ是稳压管工作在稳压状态时的参考电流。

原则上IZminIZIZmax。

IZmin是稳压管能够正常稳压所必需的最小工作电流，电流低于此值时稳压效果变坏，甚至不稳定。

IZmax是稳压管能够正常稳压的最大工作电流，电流高于此值时会因PN结温度过高而损坏最大耗散功率Pzm/W0.250.210 稳压管个最大工作电流IZmax与稳压管两端电压UZ的乘积称为稳压管的最大耗散功率PZM。

稳压管的功耗PZ(稳压管的工作电流IZ与稳压管的两端电压UZ的乘积即为PZ)超过PZM时会因PN结温度过高而损坏稳压管动态电阻rD/Ω3010800 稳压管工作在稳压区内，端电压的变化量与端电流的变化量的比△UZ/△IZ，即为动态电阻rD。

rD越小，即稳压管的特性越好电压温度系数a/(10-4/△)-3～+50.0512 温度每变化1△引起的稳定电压UZ的变化值。

通常UZ5V时具有负温度系数，UZ7V时具有正温度系数，5VUZ7V时温度系数最小，所以一些精密稳压常取UZ-6V左右的稳压管，并用正温度系数和负温度系数的两种稳压管串联组成温度补偿稳压管由于稳压管反向电流小于IZMIN时，稳压管工作不稳定，大于IZMAX 时会因超过最大耗散功率PZM而损坏，所以稳压管电路中必需串联一个电阻来限制电流，以保证稳压管正常工作，该电阻称为限流电阻。

稳压二极管原理及主要参数稳压二极管伏安特性曲线稳压管是一种特殊的面接触型硅二极管，它的电路符号和伏安特性曲线如图5-9所示，稳压管的伏安特性曲线和普通二极管类似，只是反向特性曲线比较陡。

图5-9稳压管的电路符号和伏安特性曲线反向击穿是稳压管的正常工作状态，稳压管就工作在反向击穿区。

从反向特性曲线可以看到，当所加反向电压小于击穿电压时，和普通二极管一样其反向电流很小。

一旦所加反向电压达到击穿电压时，反向电流会突然急剧上升，稳压管被反向击穿。

其击穿后的特性曲线很陡，这就说明流过稳压管的反向电流在很大范围内(从几毫安到几十甚至上百毫安)变化时，管子两端的电压基本不变，稳压管在电路中能起稳压作用，正是利用了这一特性。

稳压管的反向击穿是可逆的，这一点与一般二极管不一样。

只要去掉反向电压，稳压管就会恢复正常。

但是，如果反向击穿后的电流太大，超过其允许范围，就会使稳压管的PN结发生热击穿而损坏。

由于硅管的热稳定性比锗管好，所以稳压管一般都是硅管，故称硅稳压管。

稳压二极管的主要参数(1)稳定电压Uz和稳定电流Iz。

稳定电压就是稳压管在正常工作下管子两端的电压。

同一型号的稳压管，由于制造方面的原因，其稳压值也有一定的分散性。

如2CW18，其稳定电压Uz=10～12V。

稳定电流常作为稳压管的最小稳定电流Izmin来看待。

一般小功率稳压管可取Iz为5mA。

如果反向工作电流太小，会使稳压管工作在反向特性曲线的弯曲部分而使稳压特性变坏。

(2)最大稳定电流Izmax和最大允许耗散功率PzM。

这两个参数都是为了保证管子安全工作而规定的。

最大允许耗散功率PzM=UzIzmax，如果管子的电流超过最大稳定电流Izmax，将会使管子的实际功率超过最大允许耗散功率，管子将会发生热击穿而损坏。

(3)电压温度系数av。

它是说明稳定电压Uz受温度变化影响的系数。

例如2CW18稳压管的电压温度系数为0.095%/℃，就是说温度每增加1℃，其稳压值将升高0.095%。