關(guān)于測試二極管伏安特性實(shí)驗(yàn)電路的探析
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摘要：指出了測試二極管伏安特性的實(shí)驗(yàn)電路存在的問題，提出了改進(jìn)的電路和實(shí)驗(yàn)方法。
論文關(guān)鍵詞：測試,特性,實(shí)驗(yàn),改進(jìn)
文獻(xiàn)[3]又指出了圖2電路的兩個(gè)缺點(diǎn)：一是調(diào)節(jié)過程中電流表會(huì)反向偏轉(zhuǎn)，易使表頭損壞；二是調(diào)節(jié)平衡仍較為困難。并將圖2電路改進(jìn)如圖3所示的電路。
筆者經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試認(rèn)為，文獻(xiàn)[2]對于文獻(xiàn)[1]的問題的分析和文獻(xiàn)[3]對于文獻(xiàn)[2]的缺點(diǎn)的分析都基本正確。但是，改進(jìn)后的圖3電路仍然無法測量二極管的正向起始段的伏安特性。現(xiàn)具體分析如下：
文獻(xiàn)[3]指出：“圖3所示電橋的平衡條件為
�。≧0+RA）
= 
RP
當(dāng)電壓表指示值小于二極管的閾值電壓時(shí)，RP很大，這時(shí)可調(diào)節(jié)R1至很小，這樣可使上式右端的乘
積較小，從而通過調(diào)節(jié)R0便很容易使上式成立。如果實(shí)驗(yàn)室用的是可調(diào)電源，只要開始時(shí)R1，R‘2，R“2選得合適，例如對硅管使電壓表的示數(shù)為0.1V，以后只需調(diào)節(jié)電源的輸出電壓即可很容易地得到0.2V、0.3V、0.4V、0.5V、0.6V等電壓下二極管的電流值。如果電源電壓不是連續(xù)可調(diào)，則可以通過調(diào)節(jié)R2及電源電壓來獲得這些電壓值。”
事實(shí)上，圖3的電路是無法使電壓表示數(shù)調(diào)到0.1V、0.2V、0.3V…等電壓值的。因?yàn)槟壳皩W(xué)校實(shí)驗(yàn)室的實(shí)用可調(diào)穩(wěn)壓電源的最低輸出電壓也在1.2V以上，由圖3的電橋平衡條件可得到 ：
= 
在閾值電壓以下時(shí)，RP在105Ω數(shù)量級，實(shí)驗(yàn)室里可選用的電阻箱R0規(guī)格最大也在105Ω級別。根據(jù)串聯(lián)分壓原理，電源電壓為（≥1.2V）某一定值，支路RP的分壓將和R0差不多，不會(huì)小于R0上的電壓。在調(diào)小R1時(shí)，R1兩端的電壓將變小，則電壓表（內(nèi)阻RV一定）的示數(shù)將變大，電橋平衡時(shí)是這樣，電橋不平衡時(shí)也是這樣。即使把可調(diào)穩(wěn)壓電源的輸出電壓調(diào)到最低值，即E=1.2V，也不可能用調(diào)小R1的方法使電壓表的示數(shù)在二極管的閾值電壓以下。如果使用的不是輸出電壓連續(xù)可調(diào)的電源，那么，電源電壓值必將更大，那就更調(diào)不到0.5V以下了。文獻(xiàn)[3]說“可以通過調(diào)節(jié)R2和電源電壓來獲得這些電壓值”，實(shí)際上，電壓表的讀數(shù)由電源E和電壓表支路的分壓情況決定，與電橋是否平衡關(guān)系不大，因此，無論怎樣調(diào)整R2或調(diào)整電源電壓（因?yàn)殡娫措妷嚎偞笥?.2V），也不可能在既使電橋平衡又同時(shí)使電壓表的示數(shù)在二極管的閾值電壓以下。所以，圖3所示的電路同樣不能測試二極管起始段的特性曲線。
筆者將圖3改進(jìn)為圖4所示的電路，可以測試二極管的正向起始段特性。電源E選用一節(jié)干電池或輸出電壓范圍為1.5V左右的直流穩(wěn)壓電源，變阻器 R取規(guī)格為50Ω/1A的滑動(dòng)變阻器，滑動(dòng)頭的初始位置在最下面，從0V開始調(diào)節(jié)輸出電壓U，即可根據(jù)需要選取一系列電壓值，例如可測出使電壓表示數(shù)為0.05V、 0.10V、0.15V、0.20V、0.25V…等等所需電壓值，調(diào)節(jié)電橋平衡測得對應(yīng)的電流值，或者調(diào)節(jié)R和R0測出電流為0μA、1μA、5μA、15μA、20μA、25μA、30μA…等等（電橋平衡時(shí)）與其電流值對應(yīng)時(shí)的電壓值，下表是筆者測得一普通硅整流管的正向起始段、導(dǎo)通段的數(shù)據(jù)。
硅整流二極管1N5408的正向特性測試數(shù)據(jù)：
ID（μA）
0.00
0.00
1.00
5.00
10.00
15.00
20.00
30.00
40.00
50.0
100.0
150.0
UD（mV）
100.1
200.1
261.2
317.3
340.2
353.2
364.3
377.4
386.3
393.2
416.3
430.3
ID（mA）
0.20
0.30
0.50
0.750
1.00
2.00
3.50
5.00
10.00
20.00
35.00
50.00
UD（mV）
443.1
457.2
475.2
492.3
508.4
533.3
552.5
580.4
611.5
645.3
668.0
686.3
注：室溫25攝氏度時(shí)，用0.5級μA、mA表和4位半數(shù)字電壓表（直流2V檔精度優(yōu)于0.5級），按圖4電路測試。
對于二極管的反向特性，也不能以為簡單地把二極管的極性倒接就可以順利地測試了。首先，電源應(yīng)當(dāng)更換為可調(diào)直流電源，其最大輸出電壓值要大于二極管的反向擊穿電壓，或者選用大于二極管擊穿電壓值的固定直流電源，將R換為大阻值（功率PR>U2/R，I額定>U/R）的電位器，R2的規(guī)格也要重新選擇。實(shí)用電路及其參數(shù)如圖5所示。由于硅二極管反向電流在0.01μA ~0.1μA，反向電阻數(shù)十兆歐以上，微安表的內(nèi)阻（數(shù)千歐姆）與之相比較完全可以忽略而不影響測量精度，所以用圖6 測試（圖中電壓表應(yīng)當(dāng)選用
三位半或四位半數(shù)字電壓表，如UT2003型）反向特性要比電橋式電路要方便得多，在反向擊穿段，只要將電壓表讀數(shù)減去表頭壓降IRA進(jìn)行修正，其數(shù)據(jù)也就和橋式測試電路基本等精度。因此，二極管特性的測試電路應(yīng)當(dāng)是正向、反向分別采用不同的實(shí)驗(yàn)電路，才能測出比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，繪出正確的伏安特性曲線。
參考文獻(xiàn)：
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[3] 邵建新. 二極管伏安特性曲線測試電路的改進(jìn)[J]. 物理實(shí)驗(yàn),2000,22(3)：42-43
