二极管伏安特性曲线测量方法研究

二极管伏安特性曲线测量方法研究
摘要：通过使用伏安法、补偿法、等效法、示波器法测量二极管伏安特性曲线,介绍各自的测量方法并对其优缺点做以比较,评价出在不同使用范围下最好的方法.
关键词：V-I特性曲线;电流表;电压表;检流计;示波器
Diode volt-ampere curve Measurement
ZhanLongXi
(Chuxiong Normal University Department of physics in 11 grade class 1 Electric 20111041138)
Abstract：Through a volt-ampere meter law, compensation law, such as the following, oscilloscope measurement diode volt-ampere characteristics of the study, To introduce their own methods of measurement and methodology to compare the advantages and disadvantages of doing, In a different evaluation of the use of the next best way to.
Key words：V-I curve; Ammeter; Voltage Meter; Galvanometer; Oscilloscope
二极管作为电路中的基本元件，其开启电压是一个重要参数，可通过测量二极管伏安特性曲线得到开启电压。

通常测定二极管伏安特性曲线的方法有伏安法、补偿法、等效法等，本文又引入了示波器法，并对以上方法各自的优缺点进行分析。

1 实验方法
1.1 伏安法
图1.1.1 伏安法测二极管伏安特性曲线电路图
电流表外接法：如图1.1.1所示（开关K 打向2位置）[1]，此时电压表的读数等于二极管两端电压D U ；电流表的读数I 是流过二极管和电压表的电流之和（比实际值大），即I =D I +Iv 。

由欧姆定律可得：
I=V/Rv+V/D R (1.1)
用V 、I 所作伏安特性曲线电流是电压表和二极管的电流之和，显然不是二极管的伏安特性曲线，所用此方法测量存在理论误差。

在测量低电压时，二极管内阻较大，误差较大，随着测量点电压升高，二极管内阻变小，误差也相对减小；在测量二极管正向伏安曲线时，由于二极管正向内阻相对较小，用此方法误差相对较小。

表1.1.1 电流表外接法测二极管正向伏安特性曲线测量数据
此次测量所绘伏安曲线如图1.1.2所示。

图1.1.2 电流表外接法所测二极管的伏安特性曲线
电流表内接法：如图1.1.1所示（开关K 打向1位置），这时电流表的读数I 为通过二极管D 的电流，电压表读数是电流表和二极管电压之和，U =D U +A U 。

由欧姆定律可得：U =I （D R +A R ）
此方法作曲线所用电压值是二极管和电流表电压之和，存在理论误差，在测量过程中随着电压U 提高，二极管的等效内阻D R 减小，电流表作用更大，相对误差增加；小量程电流表内阻A R 较大，引起误差较大。

但此方法在测量二极管反向伏安特性曲线时，由于二极管反向内阻特别大，故误差较小。

表1.1.2 电流表内接法测量二极管正向伏安特性曲线测量数据
此次测量所绘伏安特性曲线如图1.1.3所示。

表1.1.3 电流表内接法测量二极管反向伏安特性曲线数据
采用伏安法测量时由于电压或电流总有其一不能准确测得，结果总存在理论误差，测量结果较粗略，但此方法电路简单，操作方便。

图1.1.3 电流表内接法所测二极管伏安特性曲线
1.2 补偿法
补偿法测量基本原理如图1.2.1所示[2]。

图1.2.1 补偿法测二极管伏安特性曲线电路图
工作原理：当两直流电源的同极端相连接，而且其电动势大小恰好相等时（BC U =BA U ），回路中无电流通过检流计G ，其指示为0，此时电流表A 的读数是通过二极管的电流，电压表的读数是二极管两端的电压，这样在表上读取的电压和电流的数值，作V-I 曲线就不存在理论误差。

测量步骤：（1）调C 点到最左端，调R 到最大；（2）合上1K ；断开0K 、K 2；（3）调节C 点到选定电压V ；（4）合上K 2、0K ；调节R ，使G 指示为0；（5）闭合再断开0K 观察G 有无变化，若有变化则进一步调节R ，直到0K 断开、闭合G 无变化为止，记录V 和A 的读数；（6）重复2～5步骤，测量出一组V-I 值，作V-I 曲线。

补偿法在测量中理论误差为零，实验中误差主要来源于仪器的精确度及测量中的随机误差和视力引起的误差还有过失误差等。

此方法测量精确度较高，但电路较为复杂，操作比较麻烦。

表1.2.1 补偿法测量二极管正向伏安特性曲线数据
此次测量所绘曲线如图1.2.2所示。

1.2.2 补偿法所测二极管伏安特性曲线
1.3 等效法
等效法测量电路如图1.3.1所示[3]。

图1.3.1 等效法测二极管伏安特性曲线电路图
测量原理：保持P 点不变，调节0R 使无论2K 在位置还是2位置，电压表上度数不变，这时有：D R =A R +0R 故I=Ia 。

此方法避免了测量二极管支路电流时由于接入电表引起的理论误差。

测量步骤：（1）P 点调节到最下端，R 0调到最大，合上1K ；（2）2K 合到位置1，调节P 点使V 达到测量电压值；（3）保持P 点不动，2K 合到2位置，调节0R 使电压表数值为V ，记录下V ，I A 值；（4）重复2～3步，测出一组V-I A 值，作V-I 曲线[4]。

此方法没有理论误差，线路较简单，相对易操作，测量精确度较高（与补偿法相当）。

此次测量绘图如图1.3.2所示。

图1.3.2 等效法所测二极管伏安特性曲线
1.4 示波器法
示波器法测量电路如图1.4.1所示。

图1.4.1 示波器法测二极管伏安特性曲线电路图
测量步骤:
利用示波器的双踪显示,将1CH 、2CH 的输入耦合打到GND,将1CH 、2CH 的扫描基线调出来,且都与正中水平标尺重合,将旋纽旋到X-Y 处,进入“X-Y ”工作方式,使扫描基线变为一点,调节水平移动旋纽,使这点与标尺坐标原点重合,然后将1CH 、2CH 的输入耦合打开[5]。

打开交流函数信号发生器,使用正泫波或方波，将输入电压适当调大，再把函数频率适应调大些，即可观察到示屏上出现一条曲线，此曲线即是二极管的伏安特性曲线，如图1.4.2。

2 比较分析
从测量方法方面比较：利用伏安法测量电路最简单，操作方便，但结果误差比较大;利用补偿法和等效法测量结果精确度较高，但电路相对复杂，二者相比使用等效法稍易操作；示波器法在测量时非常直观，适合用于演示教学。

在普通测量时要求精度高推荐使用补偿法和等效法；在观察曲线时推荐利用示波器法。

3 结论
利用伏安法的电流表外接法测量曲线观察不出导通电压的存在，这是电压表上电流所引起的，电流值都偏大，曲线偏上；电流表内接法曲线观察得二极管导通电压最大，这是二极管导通电压和电流表上所分电压叠加所致；利用补偿法和等效法测量所得曲线基本相同，并且在没有理论误差情况下测得，相对标准[6]。

参考文献
[1] 贾玉润. 大学物理实验[M]. 上海: 复旦大学出版社，1987.201-204.
[2] 林抒. 普通物理实验[M]. 北京: 人民教育出版社，1983.235-238.
[3] 杨介信. 普通物理实验[M]. 北京: 高等教育出版社，1987.46-59.
[4] 华中工学院. 物理实验[M]. 北京: 高等教育出版社，2002.84-87.
[5] 示波器VB4320使用手册[S]. 江苏扬中电子仪器厂.
[6] 丁力. 大学物理实验[J]. 吉林化工学院，1987.12-14。