实验一 晶体二极管特性分析 2

实验一晶体二极管特性分析
徐颖群（04011113）
实验目的：
1.熟悉仿真软件Multisim的使用，掌握基于软件的电路设计和仿真分析方法；
2.熟悉NI myDAQ硬件实验平台，掌握基本功能的使用方法；
3.通过软件仿真和硬件实验验证，掌握晶体二极管的基本特性。

实验内容：
一、仿真实验
1.根据图1-1所示电路，在Multisim中进行仿真分析，得到二极管的伏安特性。

图1-1. 二极管伏安特性实验电路
仿真任务：二极管选取型号1N3064，对直流电压源V1进行DC扫描，扫描范围0~1V，步长0.01V，测量二极管中的电流，得到二极管伏安特性曲线。

仿真设置：Simulate → Analyses → DC Sweep，设置电压扫描范围和输出变量;
答：电路图连接如图：
二极管伏安特性曲线：
2.根据图1-2所示的二极管半波整流电路，在Multisim中进行仿真分析，得到输出电压随
不同参数的变化情况。

图1-2. 二极管半波整流电路
仿真任务及分析方法：
a.固定输入信号频率为50Hz，振幅5V，直流电压0V，负载电容C1=10μF，改变负载电阻，
采用Agilent示波器（Agilent Oscilloscope）观察输入输出波形，测量输出电压的平均值和纹波电压，并完成表1-1。

表1-1：
负载电阻（kΩ） 1 10 100
输出电压（V） 2.15 3.85 4.31
输出纹波峰峰值（V） 2.89 0.65509 0.07863
答：负载电阻1kΩ时
负载10kΩ时
负载100kΩ时
b. 固定输入信号频率为50Hz，振幅5V，直流电压0V，负载电阻R1=10kΩ，采用Agilent示波器观察输入输出波形，测量输出电压的平均值和纹波电压，并完成表1-2。

表1-2：
负载电容（μF）10 47 220
输出电压（V） 3.85 3.93 3.93
输出纹波峰峰值（V）0.65509 0.14304 0.0306
答：负载10μF时
负载47μF时
负载220μF时
b. 根据仿真实验数据，给出输出电压的平均值和纹波电压与负载电阻和负载电容的相互关系。

答：负载电阻越大，输出电压平均值越大，纹波电压越小；负载电容越大，输出电压的平均值越大，纹波电压越小。

仿真设置：直接双击输入信号源设置输入信号，直接双击示波器图标观测输入和输出波形，通过选择Simulate →run进行仿真，也可以直接在Multisim控制界面上选择运行；还可以选择Simulate →Analyses →Transient Analysis进行设置和仿真，并观测输出波形。

3.根据图1-3所示的二极管交流特性实验电路，在Multisim中进行仿真分析，得到二极管
电路在不同输入信号幅度情况下的失真情况，认识二极管的非线性特性。

图1-3. 二极管交流特性实验电路
仿真任务：
输入信号信号源频率为10kHz，直流电压2V，负载电阻1kΩ，限流电阻100Ω，改变输入信号幅度，观察和测量在不同输入信号幅度情况下的输出信号失真情况。

采用Agilent示波器观察输入输出瞬态波形，采用频谱分析仪（Spectrum Analyzer）测量谐波失真情况，并完成表1-3，根据测试结果给出二极管电路输出信号失真度与输入信号幅度的定性关系。

表1-3：
0.05 0.1 0.2
输入信号幅度(V)
(单端峰值)
-29.096 -23.143 -17.191 输出功率(dBm)
(基波P1)
-106.902 -95.884 -84.824 输出功率(dBm)
(二次谐波P2)
77.806 72.741 67.633
输出功率差(dBm)
(P1- P2)
答：两个二极管电路输出功率差的比值与输入信号幅度的比值成正比，比例系数大约为0.46 输入信号幅度0.05V时
输入信号幅度0.1V时
输入信号幅度0.2V时
仿真设置：同实验2。

思考：若改变二极管的直流工作电压，输出信号的失真情况会有什么变化？答：失真变大。

情况如下
直流4v时，基波P1为-17.559dBm 二次谐波P2为-66.431dBm
直流1v时基波P1-17.098为dBm 二次谐波P2为-98.621dBm
二、硬件实验
硬件实验采用NI myDAQ实验平台，该平台集成了电压源，信号发生器，以及万用表、示波器等多种虚拟测量仪器。

实验任务如下：
1.根据图1-4在面包板上设计电路，直流电压源采用信号源替代，交流幅度设置为0，改
变信号源的直流电压获得不同的直流电压输入，测量二极管两端电压，计算二极管中电流，完成表格1-4，并通过描点的方式绘制实际的二极管伏安特性曲线（可以采用软件处理数据）。

图1-4. 二极管伏安特性实验电路
表1-4：
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 输入
电压
(V)
0.099 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.899 1.000 V D+
(V)
0 0 0.001 0.009 0.039 0.095 0.166 0.246 0.330 0.419 V D-
(V)
ΔV D
0.099 0.200 0.299 0.391 0.461 0.505 0.534 0.554 0.569 0.581 (V)
I D
0.001 0 0.001 0.009 0.039 0.095 0.166 0.246 0.331 0.419 (mA)
2.有一信号源，频率100Hz，直流电压5V，单端信号振幅5V，在图1-2的整流电路的基础
上通过增加稳压管1N4735A对信号进行整流和稳压，获得稳定的直流电压。

具体要求如下：
a.负载电阻60kΩ；
b.输出电压纹波<200mV；
c.负载短路峰值电流<2mA；
根据以上要求设计整流稳压电路，给出电路图和器件参数，并在面包板上设计电路，采用myDAQ实验系统对电路进行激励和测量，获得实际电路的输出电压波形（可以屏幕截图），并采用标尺测量和标注输出电压的最大最小值。

答：模拟电路图如下
实际数据如下：图一：电压最大值图二：电压最小值。