半导体光电二极管伏安特性的测定
测定半导体二极管的伏安特性
测定半导体二极管的伏安特性1 背景知识1.1 电子器件的伏安特性电子器件的伏安特性是指流过电子器件的电流随器件两端电压的变化特性,测定出电子器件的伏安特性，对其性能了解与其实际应用具有重要意义。
在生产和科研中，可用晶体管特性图示仪自动测绘其曲线，在现代实验技术中，可用传感器及计算机进行测定给出测量结果。
如果手头没有现成的自动测量仪器，提出应用电流表和电压表进行人工测量的方法，进行应急的测量是很有用的。
1.2 半导体二极管半导体二极管是具有单向导电性的非线性电子元件，其电阻值与工作电流（或电压）有关。
二极管的单向导电性就是PN结的单向导电性：PN结正向偏置时，结电阻很低，正向电流甚大（PN结处于导通状态）；PN结反向偏置时，结电阻很高，反向电流很小（PN结处于截止状态），这就是PN结的单向导电性。
（正向偏置）；（反向偏置）。
二极管的结构：半导体二极管是由一个PN结，加上接触电极、引线和管壳而构成。
按内部结构的不同，半导体二极管有点接触和面接触型两类，通常由P区引出的电极称为阳极，N区引出的电极称为阴极。
二极管的伏安特性及主要参数：二极管具有单向导电性，可用其伏安特性来描述。
所谓伏安特性，就是指加到二极管两端的电压与流过二极管的电流的关系曲线，如下图所示。
这个特性曲线可分为正向特性和反向特性两个部分。
图1 二极管的伏安特性曲线（1）正向特性当二极管加上正向电压时，便有正向电流通过。
但是，当正向电压很低时，外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动所形成的阻力，故正向电流很小，二极管呈现很大的电阻。
当正向电压超过一定数值（硅管约0.5V，锗管约0.2V）以后，内电场被大大削弱，二极管电阻变得很小，电流增长很快，这个电压往往称为阈电压UTH(又称死区电压：0-U0)。
二极管正向导通时，硅管的压降一般为0.6-0.7V，锗管则为0.2-0.3V。
导通以后，在二极管中无论流过多大的电流（当然是允许范围之内的电流），在极管的两端将始终是一个基本不变的电压，我们把这个电压称为二极管的“正向导通压降”。
实验2-3光电二极管伏安特性测试
实验2-3 光电二极管伏安特性测试实验目的1、加深对光电二极管的工作原理的理解；2、进一步熟悉光电二极管的基本应用；3、理解光电二极管的伏安特性并掌握其测试方法。
实验内容在光照度下一定的情况下，光电二极管的伏安特性测试。
实验仪器1、光电探测原理实验箱 1台2、连接导线若干实验原理光电二极管的基本特性： 光电二极管的输出光电流与偏压的关系称为伏安特性，如图2-3.1。
实验步骤实验装置原理框图如图3-3.2所示。
1、负载RL选择RL1=2.4K。
将“光电二极管偏置电压输入＋”端与电流表“＋”端用导线连接，电流表“－”端与RL1任一端连接，RL1另一端与“光电二极管偏置电压输入－”端相连，此时光电二极管偏压为零。
2、电流表档位调节至20μA档，“光照度调节“旋钮逆时针调节至最小值位置。
打开电源开关，顺时针调节照度调节旋钮，使照度值为50Lx，记下此时电流表读数，填入表3.1。
关闭电源，拆掉电流表“－”端与RL1之间的连线。
3、电压表调到20V档，“幅度调节”旋钮逆时针调至最小值位置。
将“直流电源0-12V”端与RL1连接，将“直流电源另一端（接地端）与电流表“－”端连接。
再将电压表“＋”端与“直流电源0-12V”端相连，“直流电源”接地端与电压表“－”端相连。
4、打开电源开关，调节“幅度调节”旋钮，直至电压表显示为2.00V为止，记下光电二极管所加反向偏压为2V时电流表的读数，填入表3.1。
5、重复步骤4，分别记下反向偏压为4V、6V、8V和10V时的电流表读数，填入表2.3.1。
关闭电源。
6、作出50Lx照度下的光电二极管伏安特性曲线。
7、重复上述步骤。
分别测量光电二极管在100Lx、200Lx和300Lx照度下，不同偏压下的光生电流值，并分别作出伏安特性曲线。
比较四条伏安特性特性曲线有什么不同。
8、实验完毕，拆除所有连线。
将“幅度调节”和“光照度调节”旋钮都逆时针旋到底。
实验数据：（在实验报告后面）数据处理：作出50Lx照度下的光电二极管伏安特性曲线：作出100Lx照度下的光电二极管伏安特性曲线：作出200Lx照度下的光电二极管伏安特性曲线：心得体会：通过该实验加深了对光电二极管的工作原理的理解；进一步熟悉光电二极管的基本应用；理解了光电二极管的伏安特性并掌握其测试方法。
测量半导体二极管的伏安特性
选择合适的电流表、电压表进行测量，避免因测量工具选择不当导 致测量误差或损坏仪器。
异常情况的处理和应急措施
遇到异常情况应立即停止实验
如发现仪器故障、电路短路、电流过大等情况，应立即切断电源，保护仪器和人身安全。
掌握基本的急救措施
在实验过程中，如发生触电、火灾等紧急情况，应掌握基本的急救措施，如心肺复苏、灭 火等。
定期检查实验设备
定期对实验设备进行检查和维护，确保设备正常运转，防止因设备故障引发意外事故。
THANKS
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详细描述
当正向电压施加在二极管上时，PN结内的电子和空穴受到电场作用而分离，形成正向电流。当反向电压施加时 ，由于空间电荷区的存在，电流被阻止。在一定温度下，二极管的伏安特性呈指数关系，表现为正向导通电压随 电流增大而增大，反向击穿电压随温度升高而增大。
02
CATALOGUE
伏安特性测量原理
伏安特性的定义
确保电源安全
使用可靠的电源，避免使用破损或老化的电源线 ，确保电源接地良好。
避免电磁干扰
在实验过程中，应尽量减少周围环境中可能产生 电磁干扰的设备，如手机、微波炉等。
操作过程中的安全注意事项
遵循操作规程
按照规定的步骤进行实验操作，避免因操作不当引发意外事故。
注意观察仪器状态
在实验过程中，应时刻关注仪器的工作状态，如发现异常应及时停 止实验并检查。
伏安特性的分析
正向特性分析
分析正向伏安特性曲线，研究二极管在 正向偏置下的电流随电压的变化规律， 了解其正向导通电阻、正向电压降等参 数。
VS
反向特性分析
分析反向伏安特性曲线，研究二极管在反 向偏置下的电流随电压的变化规律，了解 其反向截止电流、反向击穿电压等参数。
测量半导体二极管的伏安特性
实验目的
1、了解电学实验常用仪器的规格、性能，学习它们的使用方法。 2、学习电学实验的基本操作规程和连接电路的一般方法。 3、掌握电阻元件伏安特性的测量方法，用伏安法测电阻。 4、了解系统误差的修正方法，学会作图法处理实验数据。
实验原理
利用欧姆定律求导体电阻的方法称为伏安法，它是测 量电阻的基本方法之一。为了研究材料的导电性，通 常作出其伏安特性曲线，了解它的电压与电流的关系。 伏安特性曲线是直线的元件称为线性元件，伏安特性 曲线不是直线的元件称为非线性元件，这两种元件的 电阻都可以用伏安法测量。
半导体二极管是一种常用的非线性电子元件，两个电极 分别为正极、负极。二极管的主要特点是单向导电性， 其伏安特性曲线如图（b）所示。其特点是：在正向电流 和反向电压较小时，伏安特性呈现为单调上升曲线；在 正向电流较大时，趋近为一条直线；在反向电压较大时， 电流趋近极限值 ,叫做反向饱和电流。 IS
实验仪器
(a) 线性元件的伏安特性
(b)非线性元件的伏安特性
伏安法 电流表内接法
V R I
RmA V Vx VmA R Rx RmA Rx 1 Ix Ix R x
电流表外接法
Vx Vx Rx 1 R I I x IV 1 1 Rx 1 Rx RV RV
0.55
0.60
0.65
0.70
3.测量小灯泡灯丝伏安特性
Ui(V) I(mA)
0.2
0.4
0.6
0.8
2
5
6.3
注意事项
l、为保护直流稳压电源，接通与断开电源前均需先使其输 出为零，然后再接通或断开电源开关。输出调节旋钮的 调节必须轻、缓。 2、更换测量内容前，必须使电源输出为零，然后再逐渐增 加至需要值．否则元件将会损坏。 3、在设计测量电学元件伏安特性的线路时，必须了解待测 元件的规格，使加在它上面的电压和通过的电流均不超 过额定值。
物理实验讲义实验半导体二极管伏安特性的研究
物理实验讲义实验半导体二极管伏安特性的研究实验目的：1.了解半导体二极管的结构和原理；2.研究半导体二极管的伏安特性。
实验器材：1.半导体二极管2.直流电源3.万用表4.电阻箱5.连线电缆6.示波器实验原理：半导体二极管是一种特殊的二极管，其结构由P型半导体和N型半导体组成。
在P型半导体的一侧注入少量杂质，形成少数载流子浓度高的区域，称为PN结。
PN结的一个端口称为阳极，另一个端口称为阴极。
在正向偏置情况下，电流可从P端流向N端，此时二极管呈现低阻态，称为正向导通。
而在反向偏置情况下，电流几乎无法通过二极管，此时二极管呈现高阻态，称为反向截止。
伏安特性是研究电流和电压之间关系的曲线。
通过研究半导体二极管的伏安特性，可以了解其正向导通和反向截止特性，以及其在电子电路中的应用。
实验步骤：1.将半导体二极管连接在电路板上。
2.将直流电源正极连接至二极管的阳极，负极连接至二极管的阴极。
3.用万用表测量二极管的两端电压，记录下实验数据。
4.调节直流电源的电压，逐渐增大，记录下不同电压下的电流值。
5.将直流电源正极连接至二极管的阴极，负极连接至二极管的阳极。
6.重复步骤3-5，记录下反向偏置下的电流和电压数据。
7.根据所得数据，绘制半导体二极管的伏安特性曲线。
实验注意事项：1.操作过程中要遵守安全操作规程，确保实验安全进行。
2.实验过程中应注意测量仪器的精度和准确性，保持测量值的可靠性。
3.实验结束后，关闭所有电源并清理实验现场。
实验结果分析：根据所得数据绘制的伏安特性曲线，可以得出以下结论：1.在正向偏置区域，随着电压的增加，电流逐渐增大，二极管呈现低阻态，即正向导通。
2.在反向偏置区域，随着电压的增加，电流基本保持在很小的范围内，二极管呈现高阻态，即反向截止。
实验拓展：1.研究不同类型（如硅、锗）的半导体二极管的伏安特性，并比较它们之间的差异。
2.分析伏安特性曲线并计算二极管的串联电阻、导通电压等参数。
实验3 半导体二极管伏安特性的研究
实验3 半导体二极管伏安特性的研究半导体二极管是一种简单的电子元件，广泛应用于各种电子设备中。
它具有可控阻抗、低失调及低噪声的特点，是电路的重要组成部分。
另外，它的特性还可以通过伏安特性来表示。
实验3是半导体二极管伏安特性的研究。
实验3采用典型的水平式直流工作，使用电子学专用台架安装正向和反向稳压电源，并将正向和反向电流传感器安装在直流电源和二极管之间，通过电子学仪表连接相应仪器来测量正向电流和反向电流。
将二极管安装在台座上，一般被称作二极管座，用带有绝缘手柄的螺钉接触给二极管上桥，使用双表头电源的稳定直流电压依次给二极管配电，然后根据实验计算出正向电流和反向电流，从而绘制出伏安曲线。
实验中，以正向和反向稳压电源调节器中输出的电压为横坐标，以电流传感器测得的正向电流和反向电流值分别为纵坐标，绘制出的一张曲线就是二极管的伏安曲线，其解释伏安曲线的特点，如截距、正向电流、反向电流，有助于理解半导体二极管的工作原理。
根据实验3的结果，正向电流随着正向和反向稳压电源的调节而变化，而反向电流亦然。
当正向电压恒定为固定值时，正向电流呈现单调递增趋势。
而当反向电压恒定时，反向电流呈现一个凹槽状的特性，在此凹槽上正向电流保持恒定，即转折点，这是二极管的特性之一。
而实验中，用制表法表示时，转折点的值为正向电压和反向电流之和，即转折电压。
本实验可以测试出二极管的特性，由此可以得出该二极管的伏安曲线，从而分析和推断其工作原理。
研究半导体二极管伏安特性，不仅解释二极管的工作原理，而且可以用来设计和分析有关半导体电路中的工作逻辑等，具有重要意义。
半导体二极管的伏安特性及温度特性测绘 预习报告
半导体二极管的伏安特性及温度特性测绘【实验目的】1、学习伏安法测量电阻的正确接线方法；2、掌握测量半导体二极管的正、反特性电表内接与外接的方法和意义；3、通过作P-N 结的伏安特性曲线，学会正确的作图方法，特别是坐标轴比例的正确选取。
【实验原理】半导体二极管的伏安特性：对于某种电子元件，在温度不变的情况下，若改变其加在两端的电压值U 大小，电流值I 也会随之而变化。
以电压U为横坐标，电流I 为纵坐标，可得到一条曲线，此即这种电子元件的“伏安特性曲线”。
对于通常的金属导体而言，伏安特性曲线是一条直线，这一类元件我们称之为“线性元件”。
还有就是像我们实验中用到的半导体二极管一样，其伏安特性曲线不是直线，我们称之为“非线性元件”，也就是说，它们的电阻不是一个确定值，其数值与所加电压有关系。
如右图是一个普通硅二极管的伏安特性曲线：而本实验也将利用伏安法来测绘一个二极管的正、反向特性曲线。
半导体二极管的温度特性：对于通常的金属导体温度特性，其关系符合以下式子：()⋅⋅⋅++++=3201t t t R R t γβα （1）式中t R 对应温度t 时候的电阻，在低温区域，二次项及以上项很小，可以忽略不计，因此可近似的认为电阻和温度之间是一种线性关系。
半导体材料则不同，它们具有比较复杂的电阻温度关系，其原因是因为它的导电机制较为复杂。
一般而言，在高温区域，半导体具有负的电阻温度系数，此时的特性可用指数函数来描述：T B A R t exp = （2）但在一段温度区域，可近似认为电阻和温度之间符合线性关系，大部分半导体其电阻温度系数为负值。
本实验拟采用惠斯通直流单电桥法来测定不同温度下的二极管阻值，并绘制其电阻-温度特性曲线。
210R R R R x = （3）【实验仪器】磁电式电压表、数字式电压表、毫安表、微安表、电阻箱、滑线变阻器、直流稳压电源、待测二极管【实验内容】1、测绘二极管正向特性：电源E=3V,注意管子的额定正向电流，记录指针式电压表所用挡的内阻：)/500(1500V R inside ΩΩ=并分别利用磁电式电压表和数字式电压表各测一次，需要绘制出三条曲线：分别是磁电式仪表、数字式仪表和用磁电式仪表的电压表修正数据绘制的三条曲线。
半导体二极管伏安特性的研究
半导体二极管伏安特性的研究P101【实验原理】1.电学元件的伏安特性在某一电学元件两端加上直流电压，在元件内就会有电流通过，通过元件的电流与其两端电压之间的关系称为电学元件的伏安特性。
一般以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压-电流关系曲线，称为该元件的伏安特性曲线。
对于碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等电学元件，在通常情况下，通过元件的电流与加在元件两端的电压成正比，即其伏安特性曲线为一通过原点的直线，这类元件称为线性元件，如图3-1的直线a。
至于半导体二极管、稳压管、三极管、光敏电阻、热敏电阻等元件，通过元件的电流与加在元件两端的电压不成线性关系变化，其伏安特性为一曲线，这类元件称为非线性元件，如图3-1的曲线b、c。
伏安法的主要用途是测量研究非线性元件的特性。
一些传感器的伏安特性随着某一物理量的变化呈现规律性变化，如温敏二极管、磁敏二极管等。
因此分析了解传感器特性时，常需要测量其伏安特性。
图 3–1 电学元件的伏安特性在设计测量电学元件伏安特性的线路时，必须了解待测元件的规格，使加在它上面的电压和通过的电流均不超过元件允许的额定值。
此外，还必须了解测量时所需其他仪器的规格（如电源、电压表、电流表、滑线变阻器、电位器等的规格），也不得超过仪器的量程或使用范围。
同时还要考虑，根据这些条件所设计的线路，应尽可能将测量误差减到最小。
测量伏安特性时，电表连接方法有两种：电流表外接和电流表内接，如图3-2所示。
（a）电流表内接；（b）电流表外接图 3–2 电流表的接法电压表和电流表都有一定的内阻（分别设为R v和R A）。
简化处理时可直接用电压表读数U 除以电流表读数I 来得到被测电阻值R ，即R=U/I ，但这样会引进一定的系统性误差。
使用电流表内接时，R 实测值偏大；使用电流表外接时，R 实测值偏小。
通常根据待测元件阻值及电表内阻，选择合适的电表连接方法以减小接入误差的影响：测量小电阻时常采用电流表外接；测量大电阻时常采用电流表内接。
半导体光电二极管伏安特性
• 将SPD端接主仪器光功率
计（切换开关向左）；
• 将毫安表置0，测定光 功率计0差；
• 调节LED电流，使光 功率分别为5，10，15 （消去0差：用仪表上 数字减去0差）；
实验内容 测定光电二极管反向伏安特性
• 理想运算放大器的特性：（两 输入端等电位，两输入端上无 电流）；
• 由电路分析可得：光电二极管 两端电压由伏特表可测出， U0 由m V 表测出；
• SPD光电特性数据表
0
P(W )
0
I L (A)
3.0 6.0 9.0 12.0
实验内容 测定光电二极管光电特性 （U=0)
• 理想运算放大器的特性：（两 输入端等电位，两输入端上无 电流）；
• 由电路分析可得：U=0时，P
由光功率计测出， m V 表测出；
U0 由
• 光电二极管短路电流：
IL
• 电阻箱（2个） 导线
半导体光电二极管的结构及工作原理
常工作于反向偏压状态； 受到光照，在光电效应作用下产生光生载流子，形成光电流； 光电流的方向：由光电二极管负极流向正极，类似于直流电源。
光电二极管的伏安特性
I I0[1 exp( qv / kT)] I L
I0是无光照的反向饱和电流，V是二极管的端电压（正向电压为正，反向电压为负）， q为电子电荷，k为波耳兹曼常数，T是结温，单位为K，
实验内容 测定SPD正向伏安特性（数据记录）
P=
W
【精品】测量二极管的伏安特性
【精品】测量二极管的伏安特性测量二极管的伏安特性是一种实验，用于研究二极管在电压变化时的电流行为。
通过这种方式，我们可以了解二极管的基本性质和行为。
本实验主要采用控制变量法，即在保证其他因素不变的情况下，改变输入电压，观察输出电流的变化。
一、实验目的：1.理解二极管的单向导电性；2.了解二极管的伏安特性曲线；3.掌握二极管的基本应用。
二、实验原理：二极管是一种具有单向导电性的半导体器件。
在正向偏置时，电流可以流过二极管；而在反向偏置时，电流被阻止。
二极管的伏安特性曲线反映了电压与电流之间的关系。
三、实验步骤：1.准备实验器材：电源、电阻器、二极管、开关、导线、电压表和电流表。
2.将电源、电阻器、二极管、开关、电压表和电流表按照正确的连接方式连接起来。
3.先将二极管短路，调节电源电压，观察电压表和电流表的读数，并记录下来。
4.然后将二极管接入电路中，重复步骤3，记录下不同电压下的电流值。
5.根据实验数据绘制二极管的伏安特性曲线。
四、实验结果与分析：1.在本次实验中，我们观察到二极管具有明显的单向导电性。
当电压为正向偏置时，电流能够顺利通过二极管；而当电压为反向偏置时，电流几乎为零。
这说明二极管可以有效地阻止反向电流。
2.通过实验数据，我们发现随着电压的增加，电流也逐渐增加。
这是因为当电压增大时，电场力增强，驱使载流子加速运动，导致电流增加。
这一趋势在伏安特性曲线上表现为斜率逐渐增大的直线段。
3.在高电压区域，伏安特性曲线的斜率有所减小。
这是由于在高电压下，载流子的速度接近饱和，导致电流增加的速度减缓。
此外，在高电压区域还可能存在其他的一些物理效应，如空间电荷区的扩展等，这些效应也会影响电流的增长速度。
4.通过本次实验，我们得出二极管的伏安特性曲线是一条斜率逐渐增大的直线，并在高电压区域有所弯曲。
这一曲线反映了二极管的单向导电性和它的基本性质。
根据这一特性，我们可以将二极管应用于各种电路中，如整流电路、开关电路等，以实现电能的有效转换和控制。
半导体光电二极管的实验测量
半导体光电二极管伏安特性的实验测定实验目的1．熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法2．了解音频信号光纤传输系统的结构及选配各主要部件的原则3．学习分析集成运放电路的基本方法4．训练音频信号光纤传输系统的调试技术实验仪器OE—A型光电二极管伏安特性测试仪，光纤传输系统（光纤绕盘、两端都为双通道的耳机插头线一根），电阻箱（2个），导线实验原理系统的组成图（1）给出了一个音频信号直接光强调制光纤传输系统的结构原理图，它主要包括由LED及其调制、驱动电路组成的光信号发送器、传输光纤和由光电转换、I—V变换及功放电路组成的光信号接收器三个部分。
光源器件LED的发光中心波长必须在传输光纤呈现低损耗的0.85μｍ、1.3μｍ或1.5μｍ附近，本实验采用中心波长0.85μｍ附近的GaAs半导体发光二极管作光源、峰值响应波长为0.8～0.9μｍ的硅光二极管（SPD）作光电检测元件。
为了避免或减少谐波失真，要求整个传输系统的频带宽度能够覆盖被传信号的频谱范围，对于语音信号，其频谱在300～3400Hz的范围内。
由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。
此电路的工作原理如下：音频信号经IC1放大电路传到LED调制电路。
W2调节发光管LED工作（偏置）电流，音频电流调制此工作电流，并经LED转换成音频调制的光信号，经光纤传至光电二极管SPD 再复原成原始音频电流信号，经由IC2构成的I—V变换电路转换成电压信号，最后通过功率放大电路输出声音功率信号，推动扬声器发出声音。
这样就完成了音频信号通过光纤的传输过程。
二、半导体发光二极管的驱动、调制电路本实验采用半导体发光二极管 LED作光源器件.音频信号光纤传输系统发送端LED的驱动和调制电路如图（2）示，以BG1为主构成的电路是LED的驱动电路，调节这一电路中的W2可使LED的偏置电流在0—20mA的范围内变化。
半导体光电二极管伏安特性的测定
半导体光电二极管伏安特性的测定半导体光电二极管在光测技术、光纤通信、自动检测和自动控制技术领域中应用十分广泛，因此在基础物理实验中让学生了解光电二极管结构及原理、熟悉光电二极管的基本性能和掌握它在光电转换技术中的正确使用方法很有必要。
四川大学物理学院开发了“半导体光电二极管伏安特性测试仪”，并研制出与之配套使用的新型教学仪器——MOE-A 型光电二极管伏安特性测试仪。
光电二极管伏安特性测试仪。
现就半导体光电二极管的基本结构、工作原理、伏安特性及其应用技术等问题进行讨论：论： 一、结构及工作原理一、结构及工作原理半导体光电二极管与普通的半导体二极管一样，都具有一个pn 结，但光电二极管在外形结构方面有它自身的特点，这主要表现在光电二极管的管壳上有一个能让光照射入其光敏区的窗口，此外，与普通二极管不同，它经常工作在反向偏置电压状态（如图1a 所示）或无偏压状态（如1b 所示）。
在反偏电压状态下，pn 结的空间电荷区的势垒增高、宽度加大、结电阻增加、结电容减少，所有这些均有利于提高光电二极管的高频响应性能。
无光照时，反向偏置的pn 结只有很小的反向漏电流，称为暗电流。
当有光子能量大于pn 结半导体材料的带隙宽度Eg 的光照射到光电二极管的管芯时，pn 结各区域中的价电子吸收光能后将挣脱价键的束缚而成为自由电子，与此同时也产生一个自由空穴，这些由光照产生的自由电子空穴对统称为光生载流子。
在远离空间电荷区（亦称耗尽区）的p 区和n 区内，电场强度弱，光生载流子只有扩散运动，它们在向空间电荷区扩散的途中因复合而被消失掉，故不能形成光电流。
形成光电流的主要靠空间电荷区的光生载流子，因为在空间电荷区内电场很强，在此强电场作用下，光生自由电子空穴对将以很高的速度分别向n 区和p 区运行，并很快越过这些区域到达电极，沿外电路闭合形成光电流，光电流的方向是从二极管的负极流向它的正极，并且在无偏压短路的情况下与入射的光功率成正比，因此在光电二极管的pn 结中，增加空间电荷区的宽度对提高光电转换效率有着密切关系。
半导体二极管伏安特性的研究
半导体二极管伏安特性的研究半导体二极管（diode）是一种半导体器件，具有单向导电特性。
它是由P型和N型半导体材料组成的，并且具有正向电压下导通，反向电压下截止的特性。
伏安特性是指在电流和电压之间的关系。
研究半导体二极管的伏安特性可以帮助我们更好地理解和应用这种器件。
首先，我们需要一个实验电路来研究半导体二极管的伏安特性。
一个常见的实验电路是将二极管连接在一个电流源和电压源之间。
当我们改变电压源的输出时，可以测量电路中的电流和电压。
接下来，我们可以通过实验测量电流和电压的关系。
在正向电压下，当电压小于二极管的正向压降时，电流非常小。
当电压增加并超过正向压降时，电流急剧增加，呈指数增长。
这是因为当电压超过正向压降时，电子可以从P区域到N区域移动，并且在内部形成电子-空穴对。
在反向电压下，当电压小于二极管的反向击穿电压时，电流也非常小。
当电压增加并超过反向击穿电压时，电流急剧增加，呈指数增长。
这是因为当电压超过反向击穿电压时，电子可以从N区域到P区域移动，并且在内部形成电子-空穴对。
通过实验数据，我们可以绘制出电流-电压特性曲线，也称为二极管的伏安特性曲线。
这个曲线通常是一个非线性的曲线，正向特性曲线和反向特性曲线可以明显地区分开来。
研究半导体二极管的伏安特性对于设计和应用电路非常重要。
例如，我们可以利用二极管的单向导电特性来设计整流电路，将交流信号转换为直流信号。
此外，在研究伏安特性的过程中，我们还可以得到一些重要的参数，如正向压降、反向击穿电压和反向饱和电流等。
总结起来，研究半导体二极管的伏安特性可以帮助我们更好地理解和应用这种器件。
通过实验测量电流和电压的关系，并绘制伏安特性曲线，我们可以得到重要的参数和信息，以指导电路设计和应用。
光电二极管实验报告
光电二极管摘要：光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。
但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。
通过实验的方法测量出光电二极管的主要的特性和技术参数，最高反向工作电压、暗电流、光电流、光谱特性等。
分析其特性及技术参数。
关键词：光电二极管特性技术参数分析一光电二极管的工作原理：光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。
它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN 结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。
光电二极管是在反向电压作用之下工作的。
没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。
当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。
它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。
这种特性称为“光电导”。
光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。
如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。
光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。
光电二极管和普通二极管一样具有一个PN结，不同之处是在光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换，在电路图中文字符号一般为VD。
光电三极管除具有光电转换的功能外，还具有放大功能，在电路图中文字符号一般为VT。
光电三极管因输入信号为光信号，所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。
同光电二极管一样，光电三极管外壳也有一个透明窗口，以接收光线照射。
二光电二极管的种类、特性与用途：1 PN型特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。
用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。
测量二极管的伏安特性实验报告
V
+
－
I
反向截止区
正向导通
正向连接 V
+
－
I
反向连接
反向击穿区 PN结的伏安特性曲线
2、电表的连接和接 入误差 要同时测得二极管的电流和二极管两端的电压，无论用安培表内 接还是安培表外接 总会产生接入误差，所以要尽量减小误差，并给予修正。
安培表内接电压表测得的电压是二极管和安培表的电压之和，所 以安培表的内阻越 小，测量结果越准确。
六、数据记录：
1、 二极管的正向特性
端电压 U/V 0.6778 I/mA（外接） 1.9999 端电压 U/V 0.6270 I/mA（外接） 0.3160 端电压 U/V 0.5670 I/mA（外接） 0.0443
mA 表外接时二极管的正向特性 0.6770 0.6670 0.6570 1.9355 1.3378 0.9276 0.6170 0.6070 0.5970 0.2230 0.1584 0.1135
备注：
指导教师签字： 年月日
注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。 2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后 10 日内。
反向特性： 当二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管 中几乎没有电流流 过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时， 仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端 的反向电压增大到某 一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这 种状态称为二极管的 击穿。
四、实验仪器：
电阻元件 V—A 特性实验仪 DH6102（安培表、电压表、变阻器、直流电源、二极 管等。）
二极管伏安特性测量实验报告
二极管伏安特性测量实验报告二极管伏安特性曲线的测绘实验报告一、名称:二极管伏安特性曲线的测绘二、目的:依据二极管非线性电阻元件的特点，选择实验方案，设计合适的检测电路，选择配套的仪器，测绘出二极管元件的伏安特性曲线。
三、仪器:直流稳压电源、直流电流表、直流微安表(500?A)、万用表、电阻箱、滑线电阻、单刀开关、导线、待测二极管等。
四、原理:对二极管施加正向偏置电压时，则二极管中就有正向电流通过(多数载流子导电)，随着正向偏置电压的增加，开始时，电流随电压变化很缓慢，而当正向偏置电压增至接近二极管导通电压时(锗管为0.2V左右，硅管为0.7V左右)，电流急剧增加，二极管导通后，电压的少许变化，电流的变化都很大。
对上述二种器件施加反向偏置电压时，二极管处于截止状态，其反向电压增加至该二极管的击穿电压时，电流猛增，二极管被击穿，在二极管使用中应竭力避免出现击穿观察，这很容易造成二极管的永久性损坏。
所以在做二极管反向特性时，应串联接(转载于: 写论文网:二极管伏安特性测量实验报告)入限流电阻，以防因电流过大而损坏二极管。
二极管伏安特性示意图如图:五、步骤:(1) 反向特性测试电路。
二极管的反向电阻值很大，采用电流表内接测试电路可以减少测量误差。
测试电路见图，变阻器设置700?。
(2) 正向特性测试电路。
二极管在正向导通时，呈现的电阻值较小，拟采用电流表外接测试电路，电源电压在0~10V内调节，变阻器开始设置700?，调节电源电压，以得到所需电流值。
?图?,??二极管反向特性测试电路???????????????????????图?,???二极管正向特性测试电路??六、数据:反向伏安曲线测试数据表正向伏安曲线测试数据表七、数据处理:电阻修正值电流表外接修正公式:UR?(RV?106?)UI?RV反向伏安曲线正向伏安曲线篇二:二极管伏安特性曲线测量实验报告二极管伏安特性曲线测量实验报告一、实验题目:二极管伏安特性曲线测量二、实验目的:1、先搭接一个调压电路，实现电压1-5V连续可调2、在面包板上搭接一个测量二极管伏安特性曲线的电路3、测量二极管正向和反向的伏安特性，将所测的电流和电压列表记录好。
伏安法测二极管的特性实验报告
伏安法测二极管的特性实验报告伏安法测二极管的特性实验报告引言：二极管是一种最简单的电子器件之一，它具有单向导电性质，可以将电流限制在一个方向上流动。
伏安法是一种常用的测量电子器件特性的方法，通过测量器件的电压-电流关系曲线，可以得到器件的特性参数。
本实验旨在通过伏安法测量二极管的特性曲线，并分析其特性参数。
实验步骤：1. 准备工作：a. 搭建电路：使用电源、电阻、二极管和电压表搭建一串联电路。
b. 调节电源：将电源的电压调节到适当的范围，确保电流不会过大，以免损坏二极管。
c. 测量电阻：使用万用表测量电阻，确保电阻的阻值准确。
2. 测量正向特性曲线：a. 将电压表连接在二极管的正向极性上，电流表连接在电路中。
b. 逐渐增加电源的电压，记录每个电压下的电流值。
c. 绘制电流-电压曲线图。
3. 测量反向特性曲线：a. 将电压表连接在二极管的反向极性上，电流表连接在电路中。
b. 逐渐增加电源的电压，记录每个电压下的电流值。
c. 绘制电流-电压曲线图。
实验结果与分析：通过实验测量得到的电流-电压曲线图如下所示：（插入电流-电压曲线图）从图中可以观察到以下几点特性：1. 正向特性曲线：在正向偏置下，二极管呈现出导通状态，电流随着电压的增加而迅速增加。
一般来说，二极管在正向偏置下的电流-电压关系近似为指数函数，即符合Shockley方程。
2. 反向特性曲线：在反向偏置下，二极管呈现出截止状态，电流基本为零。
当反向电压超过二极管的击穿电压时，二极管会发生击穿现象，电流急剧增加。
通过测量得到的电流-电压曲线，我们可以计算出二极管的一些重要参数：1. 正向电阻（前向阻抗）：正向电阻是指在正向偏置下，电压变化单位导致的电流变化。
可以通过计算正向电流变化与正向电压变化的比值得到。
2. 反向电阻（反向阻抗）：反向电阻是指在反向偏置下，电压变化单位导致的电流变化。
可以通过计算反向电流变化与反向电压变化的比值得到。
3. 正向压降：正向压降是指在正向偏置下，电压变化导致的电流变化。
(完整版)半导体二极管伏安特性的研究
半导体二极管伏安特征的研究半导体二极管伏安特征的研究P101【实验原理】1.电学元件的伏安特征在某一电学元件两端加上直流电压，在元件内就会有电流经过，经过元件的电流与其两端电压之间的关系称为电学元件的伏安特征。
一般以电压为横坐标，电流为纵坐标作出元件的电压 -电流关系曲线，称为该元件的伏安特征曲线。
对于碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等电学元件，在平时状况下，经过元件的电流与加在元件两端的电压成正比，即其伏安特征曲线为一经过原点的直线，这种元件称为线性元件，如图 3-1 的直线 a。
至于半导体二极管、稳压管、三极管、光敏电阻、热敏电阻等元件，经过元件的电流与加在元件两端的电压不行线性关系变化，其伏安特征为一曲线，这种元件称为非线性元件，如图3-1 的曲线 b、 c。
伏安法的主要用途是丈量研究非线性元件的特征。
一些传感器的伏安特征跟着某一物理量的变化体现规律性变化，如温敏二极管、磁敏二极管等。
所以解析认识传感器特征时，常需要丈量其伏安特征。
图 3 – 1 电学元件的伏安特征在设计丈量电学元件伏安特征的线路时，一定认识待测元件的规格，使加在它上边的电压和经过的电流均不超出元件同意的额定值。
其余，还一定认识丈量时所需其余仪器的规格（如电源、电压表、电流表、滑线变阻器、电位器等的规格），也不得超出仪器的量程或使用范围。
同时还要考虑，依据这些条件所设计的线路，应尽可能将丈量偏差减到最小。
丈量伏安特征时，电表连接方法有两种：电流表外接和电流表内接，如图3-2 所示。
（a）电流表内接；（ b）电流表外接图 3 – 2 电流表的接法电压表和电流表都有必定的内阻（分别设为R v和 R A）。
简化办理时可直接用电压表读数 U 除以电流表读数I 来获得被测电阻值R，即 R=U/I ，但这样会引进必定的系统性偏差。
使用电流表内接时，R 实测值偏大；使用电流表外接时，R 实测值偏小。
平时依据待测元件阻值及电表内阻，选择适合的电表连接方法以减小接入偏差的影响：丈量小电阻常常采纳电流表外接；丈量大电阻常常采纳电流表内接。
光电二极管特性测量
光电二极管特性测量一、引言市场上的光电二极管被广泛应用于各种光学、通信以及工业领域。
为了确保光电二极管在电路中的正常工作，需要对其特性进行准确的测量和分析。
本文旨在介绍光电二极管的基本原理以及特性测量的方法。
二、光电二极管基本原理光电二极管也称为光敏二极管，是一种能将光信号转换为电信号的半导体器件。
其工作原理是基于光生电流效应，当光线照射到PN结上时，产生光生载流子，进而形成电流。
三、特性测量方法1. 器件准备在进行光电二极管特性测量之前，需要做好器件的准备工作，包括选择合适的测量仪器和配套电路，确保测量环境的稳定性等。
2. 静态特性测量静态特性测量是指在恒定光照条件下，测量光电二极管的伏安特性曲线。
通过改变外加电压，记录光电二极管的电流与电压之间的关系，以评估器件的导通特性。
3. 动态特性测量动态特性测量是指对光电二极管在不同光强下的响应时间进行测量。
通过施加短脉冲光信号，记录器件的响应时间，评估其动态性能。
4. 光谱特性测量光电二极管的光谱特性是指器件对不同波长光信号的响应能力。
通过改变入射光的波长，记录器件的光电流值，得到光电二极管的光谱响应曲线。
四、结论光电二极管特性测量是评估器件性能的重要手段，通过对其静态、动态和光谱特性的测量，可以全面了解光电二极管在实际应用中的表现。
研究人员和工程师可以根据测量结果对器件进行优化，提高其性能和稳定性，推动光电子技术的发展。
参考文献[1] XXX. (Year). Title. Journal, Pages.[2] XXX. (Year). Title. Journal, Pages.。
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半导体光电二极管伏安特性的测定半导体光电二极管在光测技术、光纤通信、自动检测和自动控制技术领域中应用十分广泛，因此在基础物理实验中让学生了解光电二极管结构及原理、熟悉光电二极管的基本性能和掌握它在光电转换技术中的正确使用方法很有必要。
四川大学物理学院开发了“半导体光电二极管伏安特性测试仪”，并研制出与之配套使用的新型教学仪器——MOE-A型光电二极管伏安特性测试仪。
现就半导体光电二极管的基本结构、工作原理、伏安特性及其应用技术等问题进行讨论:
一、结构及工作原理
半导体光电二极管与普通的半导体二极管一样，都具有一个pn结，但光电二极管在外形结构方面有它自身的特点，这主要表现在光电二极管的管壳上有一个能让光照射入其光敏区的窗口，此外，与普通二极管不同，它经常工作在反向偏置电压状态(如图1a所示)或无偏压状态(如1b所示)。
在反偏电压状态下，pn结的空间电荷区的势垒增高、宽度加大、结电阻增加、结电容减少，所有这些均有利于提高光电二极管的高频响应性能。
无光
a反向偏压工作状态b 无偏压工作状态
图1 光电二极管的结构及工作方式
照时，反向偏置的pn结只有很小的反向漏电流，称为暗电流。
当有光子能量大于pn结半导体材料的带隙宽度Eg的光照射到光电二极管的管芯时，pn结各区域中的价电子吸收光能后将挣脱价键的束缚而成为自由电子，与此同时也产生一个
自由空穴，这些由光照产生的自由电子空穴对统称为光生载流子。
在远离空间电荷区(亦称耗尽区)的p区和n区内，电场强度弱，光生载流子只有扩散运动，它们在向空间电荷区扩散的途中因复合而被消失掉，故不能形成光电流。
形成光电流的主要靠空间电荷区的光生载流子，因为在空间电荷区内电场很强，在此强电场作用下，光生自由电子空穴对将以很高的速度分别向n区和p区运行，并很快越过这些区域到达电极，沿外电路闭合形成光电流，光电流的方向是从二极管的负极流向它的正极，并且在无偏压短路的情况下与入射的光功率成正比，因此在光电二极管的pn结中，增加空间电荷区的宽度对提高光电转换效率有着密切关系。
为此目的，若在pn结的p区和n区之间再加一层杂质浓度很低可近似看作是本征半导体(用i 表示)，这样形成了具有p,i,n三层结构的半导体光电二级管，简称pin管，pin 光电二极管的pn结除具有较宽的空间电荷区外，还具有很大的结电阻和很小的结电容，这些特点使得pin管在光电转换效率和高频响应特性等方面与普通光电二极管相比均得到了很大改善。
二、光电二极管的伏安特性
根据半导体理论，光电二极管的伏一安特性可用下式表示:
I,I[l,exp(qV,kT)]，I(1) 0L
其中I是无光照的反向饱和电流，V是二极管的端电压(正向电压为正，反向电压为0
负)，q为电子电荷，k为波耳兹数，T是pn结的温度。
单位为K，I是无偏压状态下光照L
时的短路电流，它与光照时的光功率成正比。
(1)式中的I和I均是反向电流，即从光电二0L
极管负极流向正极的电流。
根据(1)式，光电二极管的伏安特性曲线如图2所示，对应图la所示的反偏工作状态，光电二极管的工作点由负载线与第三象限伏
安特性曲线的交点确定;对应图1b示的无偏压工作状态光电二极管的工作点由负载线与第四象限的伏安特性曲线交点确定。
由图2可以看出:
图2 光电二极管的伏安特性曲线及工作点的确
1(光电二极管即使在无偏压或反向偏压的工作状态下，也有反向电流流过，这与普通二极管只具有单向导电性相比有着本质的差别，认识和熟悉光电二极管的这一特点对于在光电转换技术中正确使用光电器件具有十分重要意义。
2(反向偏压工作状态下，在外加电压E和负载电阻R的很大变化范围内，光电流与L
入照的光功率均具有很好的线性关系;无偏压工作状态下，只有R较小时光电流才与入照L
光功率成正比，R增大时，光电流与光功率呈非线性关系。
无偏压状态下，短路电流与入L
射光功率的关系称为光电二极管的光电特性，这一特性在I—P坐标系中的斜率 L
,ILR, (2) ,P
定义为光电二极管的响应度，这是一个宏观上表征光电二极管光电转换效率的一个重要参数，单位为A/W。
3(在光电二极管处于开路状态的情况下，光照时产生的光生载流子不能形成闭合的光电流，它们只能在pn结空间电荷区的内电场作用下，分别堆积在pn结空间
电荷区两侧的n层和p层内，产生外电场，此时光电二极管表现出具有一定的开路电压。
不同光照情况下的开路电压就是伏安特性曲线与横坐标轴交点所对应的电压值，由图可见，光电二极管的开路电压与入照光功率也是呈非线性关系。
4(反向偏压状态下的光电二极管，由于在很大的动态范围内其光电流与偏压和负载电阻几乎无关，故在入照光功率一定时可视为一个恒流源;而在无偏压工作状态下光电二极管的光电流随负载电阻变化很大，此时它不具有恒流源性质，只起光电池作用。
光电二极管的响应度R值与入照光波的波长有关。
本实验中采用的硅光电二极管，其光谱响应波长在0.4,1.1μm之间、峰值响应波长在0.8,0.9μm范围内。
在峰值响应波长下，响应度R的典型值在0.25,0.5A/W的范围内。
三、光电二极管伏安特性曲线的测定
测试光电二极管在第三象限内伏安特性的电路如图3所示。
其中LED是发光中心波长与被测光电二极管的峰值响应波长很接近的GaAs半导体发光二极管，在这里它作光源使用;其光功率由称为尾纤的光导纤维输出，由IC1为主构成的电路是一个电流——电压变
换电路，它的作用是把流过光电二极管的反向电流I转换成由IC1输出端C点对反相输入端b点间的电压Vcb，因为直接测量Vcb会造成测试电路对光电流的分流，影响测量结果的准确性，所以由IC2为主构成的减法电路将电压Vcb转换成与光电流成正比的输出电压V。
整个测试电路的工作原理依据如下:由于IC1的反相输人端具有很大的输入阻抗，光O
,RI。
电二极管受光照时产生的光电流几乎全部流过反馈电阻R4并在其上产主电压降Vcb4另外，又因IC1具有很高的开环电压增益，反相输入端与同相输人端对地的电压几乎相等，故Vca,Vcb,RI。
此外在由IC2构成的减法电路中。
只要R=R 和R,R，则其输出电45678压Vo与差分输入电压Vca相等，即
V=Vc-Va=Vca= RI (3) O4
已知R后，就可根据上式由Vo计算出相应的光电流I。
4
在图3中，为了使被测光电二极管能工作在不同的反向偏压状态下，设置了由R和3W组成的分压电压;电位器W、开关K用于IC2输出电压的零点调节。
23
图3 光电二极管第三象限伏安特性的测定
光电二极管第四象限伏安特性曲线的测试电路如图4示。
在测完一条第三象限的伏安特性曲线后，保持LED驱动电流不变，调节电阻箱，改变光电二极管的负载电阻R;使它L的端电压从0,200mv逐渐增加。
每增加50mv，记录下相应的R值。
在数字电压表内阻比L
R。
大很多的情况下，则光电流I可以由下面的式子计算:
I=V,R (4) L
图4(光电M级管第四象限伏安特性曲线的测定图5(LED电光特性的测定
多大,。