用示波法显示稳压二极管的伏安特性曲线

1、用示波法显示稳压二极管的伏安特性曲线【摘要】本实验采用示波法来显示稳压二极管的伏安特性曲线，通过示波器观察此曲线，了解稳压二极管的一些特性。【关键字】稳压二极管 单向导电特性 示波器 伏安特性曲线【概要】稳压二极管是一种具有单向导电性的半导体元件。其特点是击穿后，两端的电压基本保持不变。 这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。设计实验用示波器测二极管伏安特性，将二极管的电压U加到示波器的“X轴输入”端，将二极管的电流转化为电压后加到示波器的“Y轴输入”端，从而在示波器屏上得到伏安特性曲线图象，直观的显示二极管的伏

2、安特性。 【实验原理】稳压二极管的正向电流与电压、反向电流与电压之间的关系可用IV特性曲线表示，如图给出了稳压管的伏安特性曲线及其符号。从图中可以看出，给二极管两端加以正向电压，二极管表现为一个低阻值的非线性电阻，当正向电压较小时，正向电流几乎为零，只有当正向电压超过死区电压（一般硅管约为0.5V，锗管约为0.1V）时，正向电流才明显增大，当正向管压降达到导通时（一般硅管约为0.60.7V，锗管约为0.20.3V），管子才处在正向导通状态。迅速增大的电流值有一最大限度，这个最大限度称为二极管的最大正向电流。给二极管两端加以反向电压，二极管表现为一个高阻值电阻。当反向电压较小时，反向电流很小，当

3、反向电压超过反向击穿电压（一般在几十伏以上）后，反向电流会突然增大，二极管处于击穿状态。如右图，在a、b端接上交流电压（其最大输出电压的有效值一般为68V左右，并能随时调节）若接上直流电压，屏幕上只显示正向特征曲线。在、之间测出的是近似加在待测元件R0的电压，在、间的是电阻R的电压，这个电压正比于R0的电流强度。因而将二极管的电压U加到示波器的“X轴输入”端，将二极管的电流转化为电压后加到示波器的“Y轴输入”端，从而在示波器屏上得到伏安特性曲线图象。我们希望显示图形从原点往右是X轴正向往上是Y轴的正向，在Y轴加正向电压时，光点往上走，和习惯相同，但对X轴取向，不同示波器有不同情况，连接电路时，

4、根据图形显示情况，可以改变电路的连接方式，使二极管正确的显示。为了正确的显示波形，示波器的Y轴输入和X轴输入要有公共端。在测二极管伏安特性时，有时受实验室现有仪器设备本身结构的限制，可能示波器Y轴信号被短路，因此在实际电路设计中，取B点作为接地点。这种情况相当于伏安法测量中的电表内接方式，为了减小系统误差，R选用电阻箱，且值尽可能小，消除这个测量误差的影响。【调试方案设计】仪器：GOS6021双踪示波器； YB1602型数字函数信号发生器；二极管； 变阻箱（09999）两个；若干导线。 1.2实验步骤： 1、将线路如右上图接好。 2、打开信号源和示波器，调节信号发生器至正弦交流电压档，输出信号

5、频率f为1kHz左右，输出电压为68V左右，示波器打到XY档，适当调节示波器，即可得到特征曲线。 3、观察出现的波形，调节R1、R和示波器的偏转因素使曲线大小适中。再确定原点（把CH1和CH2都接地，看亮点是否在示波器的中心点）。 4、最后将特性曲线定量地测绘出来，并记录R1、R2的阻值，以及信号发生器上的输出频率和输出电压。 注R1为限流电阻，用以防止通过二极管的电流过大造成损失，一般将它先调到1k左右。【实验测量】1.1 观察伏安特性曲线： （1）连接好图二或图三的电路，电阻箱的电阻在1K左右。调节CH1和CH2的偏转因数，能够看到显示屏上的二极管曲线，为时可以调节信号发生器的频率，使看到

6、清晰的图形。（2）如果看到曲线显示反向，可以使二极管正负极互换。 1.2 描绘曲线的图形：实验中，在示波器上显示的图像如上图所示。【分析及总结】稳压二极管的稳压原理：稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。 这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。故障特点：稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这3种故障中，前一种故障表现出电源电压升高；后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定：问题一：如何反映通过二极管的电流。解决方案：用一较小阻值的定值电阻(如R=100)与二极管串联,则通过

7、二极管的电流ID与电阻上的电流IR相同,而电阻两端的电压UR=IRRID,即可输入电阻R上的电压来反映通过二极管的电流.。实验过程装置组装完成后进行实验，结果：只在水平方向有一亮线,增大信号电压,水平亮线延长,实验失败。失败原因猜想：可能是在X方向不能加足够的电压使二极管导通.问题三：如何在X方向加足够的电压使二极管导通解决方案：分压电路,两电阻R1R2串联,若R1=9R2则R2上的电压只有总电压的十分之一,若R1=99R2则R2上的电压只有总电压的百分之一。实验: 另加两只电阻箱将阻值分别调为9K和1K. 结果: 荧光屏上显示伏安特性曲线，这仍不是二极管的伏安特性曲线,将示波器X输入旁的同步

8、开关拔到+的位置,荧光屏上的图象上下颠倒, 到此,得到的实际上是电阻与二极管串联组合体的伏安特性曲线,并非真正的二极管的伏安特性曲线。问题四: 电阻与二极管串联组合体的伏安特性曲线与真正的二极管的伏安特性曲线的关系如何， 电阻的阻值对曲线的影响如何。理论分析: 二极管虽不是线性元件,但对不同的电压,电流,仍有对应的阻值RD=UD/ID 根据串联分压，我们可求出直接加在二极管两端的电压，再描点作图。问题二：实验失败的猜测原因正确吗?解决方案：利用y方向的标准，当衰减旋钮置l挡时，一格表示100 mV，根据示波管的原理，偏移量与电压成正比将信号发生器的正弦信号接示波器的y输入(衰减旋钮置l挡)，调节信号电压大小使竖直方向共4格长(上下各2格)，表示所加信号电压的最大值为200 mv，然后把这一信号从X方向输入示波器，荧光屏上有一长为66格的水平亮线，因此，X方向的一格表示约为60 mVX方向左右各5格，最大只能加300 mV的电压，达不到二极管的最低导通电压为07 V，所以，水平方向为一亮线【实验心得】：1 尽量避免使用低压齐纳管。2 用齐纳管做保护要合理选择UZ，使UWMAXUM3 设计电路要有动态的概念，电路跟人，跟一切机器一样都有反应迟钝的问题，区别只在于更迟钝和更不迟钝。 4 记住墨菲定律：事情凡是能够更糟