实验3-1 伏安法测晶体二极管特性.

实验3-1 伏安法测晶体二极管特性
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】
1．具体了解和分析二极管的伏安特性曲线。

2．学会分析伏安法的电表接入误差，正确选择电路使其误差最小。

3．学会电表、电阻器、电源等基本仪器的使用。

【仪器用具】
安培计、伏特计、变阻器、转盘电阻箱、甲电池、待测二极管、导线、双刀双掷倒向开关、单刀开关
【实验原理】
半导体二极管的核心是一个PN结，这个PN结处在一小片半导体材料的P区与N区之间（如图3-1-1），它由这片材料中的P型半导体区域和N型半导体区域相连所构成。

连接P 型区域的引出线称为P极，连接N型区域的引出线称为N极。

当电压加在PN结上时，若电压的正端接在P极上，电压的负端接在N极上（如图3-1-2），称这种连接为“正向连接”；反之，档PN结的两极反向连接到电压上时为“反向连接”。

正向连接时，二极管很容易导
图3-1-1 图3-1-2
通，反向连接时，二极管很难导通。

我们称二极管的这种特性为单向导电性。

实验工作中往往利用二极管的单向导电性进行整流、检波、作电子开关等。

二极管电流随外加电压变化的关系曲线称为伏安特性曲线。

二极管的伏安特性曲线如图3-1-3和图3-1-4所示。

这两个图说明了二极管的单向导电性。

由图可见，在正向区域，锗管和硅管的起始导通电压不同，电流上升的曲线斜率也不同。

图3-1-3 图3-1-4
利用绘制出的二极管的伏安特性曲线，可以计算出二极管的直流电阻及表征其它特性的某些参数。

二极管直流电阻（正、反向电阻）R等于该管两端所加的电压U与流过它的电流I之比，即R=U/I。

R是随U的变化而变化的。

我们通常用万用表所测出的二极管的电阻为某一特定电压下的直流电阻。

【实验内容】
一、伏安法测二极管2AP13(锗管)的伏安特性曲线
按表3-1-1的要求测量锗管2AP13的正反向特性曲线。

1．正向曲线的测量
（1）按照图3-1-5连接好电路，并把仪器调在待测安全状态。

图3-1-5
（2）粗略观察正向导电现象。

①先将开关K2倒向○2。

②接通电源开关K1,调节R1,观察二极管上的电压、电流值所受的影响，注意电流随外加电压变化而变化的大致规律。

（3）测量表3-1-1中正向各伏安值，即按表3-1-1所列的加在二极管上的电压值的顺序，测量出各电压值及对应的电流值。

2．反向曲线的测量
（1）把开关K2由原来的位置○2倒向○1.
（2）把毫安计改成微安计，注意该表接线柱的正负性。

粗略观察反向的伏安值，按表3-1-1测量反向曲线。

（3）画出正反向伏安特性曲线。

测得的点应大致交错地分布在平滑曲线的两侧附近。

二、用图3-1-5测晶体二极管2CP13(硅管)的伏安特性曲线
1．其测量方法步骤仿前。

测量所取电压值及其安全范围见表3-1-2.
注：对2CP13其I不得超过75mA。

2．画出正反向伏安特性曲线。

三、用“最佳”电路测2AP13的曲线（选做）
由于下面三种因素，使所测得的点（U,I）总有或大或小的电表接入误差。

1．电表○A、○V都有其内阻。

2．两种伏安法测量电路（图3-1-6、3-1-7）因电表有内阻，产生了各自的电表接入误差。

3．二极管的电阻值随所加电压值的变化而变化，其值变化范围很大。

图3-1-6 图3-1-7
因此，应该根据粗略测得的○A、○V和二极管的具体电阻值估算两种伏安法电路的电表接入误差，从中选取误差较小者再进行U、I值的较准确的测量，即用“最佳”电路测量
U、I值，并估算出此最小的电表接入误差值。

○A、○V的内阻可以用它们分别组成的串、并联电路测量出。

【预习思考】
1.在图3-1-5中，为什么说将开关K2倒向○2时二极管是正向连接，倒向○1时二极管便
成了反向连接？试根据上述两种情况从该电路图中找出电流的流动方向。

2.现有两个被测电阻数欧、数千欧，需要用伏安法测量其阻值，问各选哪种电路进行测
量较为合适？
3.如何用万用表判断二极管的正负极，并检查二极管的好坏？
【习题】
1.试从测得的硅、锗二极管正向伏安特性曲线比较出哪种二极管的起始导通电压低些。

2.若已经知道所用○V的内阻R V=1×103Ω，○mA的内阻R mA小于等于几欧，而二极管的正
向电阻约为1×102~1×104Ω。

试分析：用图3-1-6和图3-1-7两种电路分别测出的正反向伏安特性曲线哪一条更接近真实曲线些。

3.用○mV、○mA先后组成串、并联电路，用伏安法分别测量○mV、○mA的内阻，此时的
电表接入误差分别为多少？。