9.4探究二极管的伏安特性

9.4

探究二极管的伏安特性二极管及其伏安特性伏安法电路设计与误差分析实验器材选用实验设计二极管及其伏安特性

二极管的P端接高电位，N端接低电位时，称二极管正向偏置。

二极管的P端接低电位，N端接高电位时，称二极管反向偏置。二极管及其伏安特性

当正向偏置电压超过死区电压（锗管0.1~0.2V，硅管0.5V）时，二极管中产生从P端向N端流过PN结的电流，此时称二极管正向导通。

当正向偏置电压比较低时，二极管中的正向电流比较微弱，二极管处于正向死区。

二极管及其伏安特性

如果二极管两端的反向电压达到反向击穿电压，反向电流会急剧增大，此时称二极管被击穿。

当反向偏置电压比较低时，二极管中只有从N端流向P端的极其微弱的可以忽略不计的反向电流，此时称二极管反向截止。

伏安法电路设计与误差分析

电流表外接法，简称外接法。

电流表测量的电流并不是流过待测元件的真实电流，而是待测电流与伏特表分流之和。

外接法只适用于伏特表的分流可忽略不计的场合，比如伏特表内阻很大且伏特表两端电压较低的场合。伏安法电路设计与误差分析

电流表内接法，简称内接法。

电压表测量的电压并不是待测元件两端的真实电压，而是待测电压与电流表两端电压之和。

内接法只适用于电流表的分压可忽略不计的场合，比如电流表内阻很小且流过电流表电流较小的场合。实验器材选用

测量二极管伏安特性，需要有电压表、电流表、电源、导线、开关滑动变阻器等元件。

电源：为电路提供电压，二极管反向击穿的电压在10V左右，所以此处应选择最大输出电压为12V的直流稳压电源。实验器材选用

滑动变阻器：用于调节输出到二极管两端的电压。

电流表：用于测量电路中的电流。由于二极管正常工作时允许的通过的电流比较小，因此选择量程为0.1A的毫安表，为了能准确读出电流的变化，电流表的分度值(分辨率)选择0.02mA。实验器材选用

普通二极管反向击穿会造成无法恢复的损坏，故本实验选择稳压二极管2CW56，该二极管的反向击穿电压大致在7V~8.8V。

电压表：用于测量二极管两端的电压。由于二极管反向击穿电压大约在10V左右，故选择量程为15V的电压表，为了能准确读出电压的变化，电压表的分度值(分辨率）选择0.01V。实验设计——实验电路

由于二极管正向导通和反向击穿时流过的电流比较大，电流表两端的电压无法忽略，为减小误差，在测量二极管正反向特性时，电流表全部采用外接法。

以保护实验器材作为首要考虑要素，防止二极管过压、过流导致损坏。实验设计——操作要点

（1）将滑动变阻器滑片P先调至输出电压最小的极限位置，再接通电源，避免二极管因过压而损坏；

（2）缓慢移动滑动变阻器滑片P，观察电流表示数，当电流表中电流增大到2mA时，变阻器滑片P到达最大输出的极限位置，后续滑动变阻器滑片只能在两个极限位置之间移动，从而避免二极管因过流而损坏。

测二极管正向伏安特性时，因二极管正向死区的电压变化区间比较大，控制伏特表读数相对容易些，故通过调整电压值，读取对应的电流值。

将滑动变阻器触片从最大输出极限位置缓慢向最小输出极限位置滑动，电压每降低0.01V，记录电压和对应的电流值，直到伏特表指示的测量电压下降到0.55V时为止。实验设计——操作要点

测二极管反向伏安特性时，因二极管反向击穿时二极管两端电压几乎不变，相对而言电流的变化区间较大，控制电流表读数相对容易些，故通过调整电流值，读取对应的电压值。

将滑动变阻器触头从最大输出极限位置缓慢向最小输出极限滑动，电流每降低0.1mA，记录电流和对应的电压值，至少测出10组数据。实验设计——操作要点

测量二极管正向特性时，伏特表两端电压不超过0.6V，伏特表的分流忽略不计，可近似认为电流表测出的电流等于通过二极管的电流；

测量二极管反向特性时，伏特表两端电压接近10V，要根据伏特表内阻估算出伏特表的分流，对测量的电流进行修正。实验设计——数据处理

数据修整后，将二极管正向和反向偏置对应的电流、电压填写到对应的表格中，依据表格中的数据在图中找点，连点成线，得到二极管正向伏安特性曲线和二极管反向伏安特性曲线。实验设计——数据处理

数据修整后，将二极管正向和反向偏置对应的电流、电压填写到对应的表格中，依据表格中的数据在图中找点，连点成线，得到二极管正向伏安特性曲线和二极管反向伏安特性曲线。实验设计——数据处理

将二极管正向和反向偏置对应的电流、电压关系描绘到一张图上，得到二极管的正、反向伏安特性曲线。实验设计——数据处理知识拓展：二极管正向导通电压和反向击穿电压

二极管正向导通时，外加正向电压主要用来克服二极管内部PN结对应的内电场对二极管中多数载流子运动的阻挡，使二极管内P区和N区的多数载流子能顺利通过PN结，形成正向电流，因此正向偏置电压只需高于内电场对应的电压即可。知识拓展：二极管正向导通电压和反向击穿电压

二极管外加反向电压时，P区和N区的少数载流子在反向偏置电压下定向移动形成反向电流，因为少数载流子数量极少，所以反向电流比较微弱。

当二极管的反向电压增大到反向击穿电压时，半导体中原先被原子核束缚的电子在反向电压形成的电场作用下，挣脱原子核束缚，成为了自由电子，同时在原先电子所在位置形成了空穴，这些新产生的自由电子和空穴参与导电，使得反向电流急剧增大。知识梳理：

二极管具有单向导电性，当外加正向电压高于二极管的死区电压时，二极管正向导通，导通后二极管两端的正向电压基本维持不变；当二极管外加反向电压时，二极管中只有极其微弱的反向电流，当反向电压达到二极管的反向击穿电压时，二极管中的反向电流急剧增大，二极管失去了单向导电性。课堂小结知识梳理：

稳压二极管工作在反向击穿区，普通二极管必须限制反向电压，防止因反向击穿而损坏。课堂小结

无论二极管工作在正向导通区还是反向击穿区，都必须严格限制通过二极管的电流，防止二极管过流、过热导致损坏。知识梳理：

探究二极管伏安特性，用伏安法研究二极管两端电压与通过二极管电流之间的关系要严格限制二极管两端电压以及通过二极管的电流，选择合适量程、分度值的电压表和电流表，还要根据实际情况选择合理的方法，尽可能减小测量误差。课堂小结重点强调：

应合理制定实验方案，确保在调