二极管反向饱和电流取值的实验分析.doc

二极管反向饱和电流取值的实验分析物理学2006届 黄勃勃 指导教师 杨德甫（延安大学物理与电子信息学院，陕西 延安，716000）摘 要：用大范围小间隔的实验方法确定二极管的饱和电流是一种比较合理的方法。关键词：二极管; 反向饱和电流; 电流方程; 区段在利用二极管电流方程 求玻尔兹曼常数时，需先求出二极管的反向电流。但是对二极管反向饱和电流的测量方法目前存在一些不够明确的观点。如有的人认为应将二极管反向电压从“19V取值” ，然后根据反向特性表的数据可求得二极管的饱和电流值；而有的则认为在测二极管反向伏安特性时应“从零开始逐渐增加电源电压，读取二极管两端电压每改变1V时，流过二极管的电流值，一共测10组左右数据”。还有的人认为，取1V时，“反向电流达到饱和”4。但在实际测量时，按照前两种方法都无法得到饱和电流值。那么究竟怎样才能比较正确地测得反向饱和电流呢？由于每个半导体二极管的具体情况都不一样，所以，在实际测量中，我们发现用实验分析的方法较为妥当，下边，对这一方法作一介绍，以便交流。实验方法由于二极管的反向电阻较大（几十万欧姆），电压表内阻也较大，而电流表内阻相对较小（几欧姆至几十欧姆），所以在测量中采用了伏安法中电流表内接的方法(如图1)。为了提高测量的精度，在电流较小区段（如1A以下）采用了光点反射式检流计测定电流。大于1A的情况下采用数字式电流表测定电流。电压数值的测量采用数字式电压表。待测二极管分别是硅二极管（ 2CZ82A ）和锗二极管（2AP9）。实验电路如下图：AVEKR0图1 测二极管反向电阻电路图测量数据表 硅二极管反向电压、电流测量数据表 U/V0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.55I/A0.0150.0250.0300.0400.0450.0480.0500.0510.0550.0600.060U/V0.600.650.700.750.800.850.900.951.001.051.10I/A0.0600.0650.0670.070.070.070.0720.0760.0780.0790.080U/V1.151.201.251.301.351.401.451.501.551.601.65I/A0.0820.0830.0840.0850.0900.0900.0910.0910.0920.0930.095U/V1.701.751.801.851.901.952.002.052.102.152.20I/A0.0970.0980.0990.1000.1000.1010.1020.1050.1080.1080.108U/V2.252.302.352.402.452.502.552.602.652.702.75I/A0.1090.1090.1090.1090.1120.1160.1170.1190.1210.1210.121U/V2.802.852.902.953.003.053.103.153.203.253.30I/A0.1220.1230.1240.1250.1270.1280.1290.1300.1310.1320.133U/V3.353.403.453.503.553.603.653.703.753.803.85I/A0.1350.1370.1380.1390.1400.1400.1400.1410.1420.1430.146U/V3.903.954.004.054.104.154.204.254.304.354.40I/A0.1480.1490.1500.1500.1500.1510.1510.1510.1520.1550.156U/V4.454.504.554.604.654.704.754.804.854.904.95I/A0.1580.1590.1600.1600.1620.1640.1660.1680.1690.1700.171U/V5.005.055.105.155.205.255.305.355.405.455.50I/A0.1720.1730.1740.1750.1770.1780.1790.1810.1820.1830.185U/V5.555.605.655.705.755.805.855.905.956.006.05I/A0.1860.1870.1880.1890.1900.1910.1920.1930.1940.1950.196测量数据表2锗二极管反向电压、电流测定数据表 U/V0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.55I/A0.50.60.60.60.70.70.70.80.80.80.8U/V0.600.650.700.750.800.850.900.951.001.051.10I/A0.80.80.90.90.90.90.91.01.01.01.0U/V1.151.201.251.301.351.401.451.501.551.601.65I/A1.01.01.01.01.11.11.11.11.11.11.1U/V1.701.751.801.851.901.952.002.052.102.152.20I/A1.21.21.21.21.21.21.21.31.31.31.3U/V2.252.302.352.402.452.502.552.602.652.702.75I/A1.31.31.41.41.41.41.41.41.41.41.5U/V2.802.852.902.953.003.053.103.153.203.253.30I/A1.51.51.61.61.61.61.71.71.71.71.7U/V3.353.403.453.503.553.603.653.703.753.803.85I/A1.71.71.81.81.81.81.81.81.81.81.9U/V3.903.954.004.054.104.154.204.254.304.354.40I/A1.91.91.91.91.92.02.02.02.02.02.0U/V4.454.504.554.604.654.704.754.804.854.904.95I/A2.02.12.12.12.12.12.12.22.22.22.2U/V5.005.055.105.155.205.255.305.355.405.455.50I/A2.22.32.32.32.32.32.32.32.32.42.4U/V5.555.605.655.705.755.805.855.905.956.006.05I/A2.42.42.42.52.52.52.52.62.62.62.6U/V6.106.156.206.256.306.356.406.456.506.556.60I/A2.62.62.62.62.62.62.72.72.72.72.7U/V6.656.706.756.806.856.906.957.007.057.107.15I/A2.72.82.82.82.92.92.92.92.93.03.0U/V7.207.257.307.357.407.457.507.557.607.657.70I/A3.03.23.23.23.23.23.33.33.33.43.4U/V7.757.807.857.907.958.008.058.108.158.208.25I/A3.43.53.53.53.53.63.63.63.63.73.7U/V8.308.358.408.458.508.558.608.658.708.758.80I/A3.83.83.83.83.83.94.04.04.04.14.1U/V8.858.908.959.009.059.109.159.209.259.309.35I/A4.24.24.24.34.34.44.44.54.64.64.6U/V9.409.459.509.559.609.659.709.759.809.859.90I/A4.74.84.84.94.94.94.95.05.15.25.2U/V9.9510.0010.0510.1010.1510.1710.2310.3110.3910.4410.52I/A5.35.35.35.35.45.55.65.75.85.96.0U/V10.5710.6410.7010.7710.7910.8910.9611.0111.0411.1011.16I/A6.16.26.36.46.56.66.76.86.97.07.1U/V11.2111.3011.3211.4011.4511.4911.5311.5711.6611.7011.79I/A7.27.37.47.57.67.77.87.98.08.18.2U/V11.8411.9011.9411.9511.9912.0512.0712.0912.1312.1612.20I/A8.38.48.58.68.78.88.99.09.19.29.3实验数据分析 由表一可知，当硅管反向电流数值为0.151A（此时所对应的反向电压为4.15V）时，二极管反向电流已达饱和，因为在这之后电流始终随反向电压的升高而增大（存在较大漏电流4）。同样，由表二可知，所测锗二极管反向饱和电流为5.3A（对应的反向电压为9.95V）。在求得一组正向电流数值后，将以上方法所得到的反向饱和电流数值代入二极管电流方程所得到的玻尔兹曼常数值比用其它方法所得的值误差均小（数据从略）。从以上分析可知，要正确测定二极管反向饱和电流，应注意以下三个方面：1 应使反向电压在充分大的范围内变化，并应注意对不同型号的二极管取值范围应不同（如硅管为05V，锗管为010V）。之所以要使反向电压在充分大的范围变化，是因为这样可以找到反向电流最后保持不变的区段。2 测量间隔要足够小。实验中宜取0.05V。如果测量反向电流的间隔取得较大（如1V）则将观察不到反向电流保持不变的区段，从而无法测得反向饱和电流。3存在的问题由以上两表的测量数值还可看到： 无论是硅二极管还是锗二极管，在反向电流达到饱和之前都存在一些电流数值保持不变的区段。 锗二极管在达到反向饱和电流之后电流虽然随电压的升高而增大，但并非线性关系，这种情况仅用漏电流的原因是无法解释的。这两种现象的机理从目前所能查到的资料中还未有这方面的论述，这需作进一步的研究。参考文献1杨述武.普通物理实验（二 电磁学部分） M.北京， 高等教育出版社，1985，462杨述武.普通物理实验（二 电磁学部分） M.北京， 高等教育出版社,2000，57 3段长虹.大学物理实验 M.广州，华南理工大学出版社， 2005，63 4孙新义.伏安法测二极管反向饱和电流的讨论J.物理实验，长春， 1989，575电子线路教材编辑组 电子线路（上册）J.北京，人民教育出版社， 1980，5Experiment Analysis of Diodes Reverse Saturation Current and Currents valuePhysics 2006 HuangBo-bo Turtor YangDe-fu（College of Physics and Electronics Information, Yanan University，Yanan 716000，China）Abstract：It is a well reason methed that with experiment method of a large of area and small spacing ascertain saturation cu