第2讲非线性元件伏安特性的测量201210

1、非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量第2讲 研究对象：研究对象： 研究任务：研究任务：非线性元件的伏安特性非线性元件的伏安特性非线性元件非线性元件一、实验任务的定位一、实验任务的定位非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量研究内容：研究内容： 普通二极管伏安特性的测量普通二极管伏安特性的测量 稳压二极管伏安特性的测量稳压二极管伏安特性的测量 概念解析概念解析 非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量伏安曲线伏安曲线 研究对象：研究对象： 电子元件电子元件工作环境：工作环境： 处于电路中处于电路中状态描述：状态描述： 元件两端有电压、元件中有电流元件两端有电压、元件中

2、有电流图线表征：图线表征： 横坐标横坐标电压、纵坐标电压、纵坐标电流电流元件电流和电压的关系曲线元件电流和电压的关系曲线 伏安曲线伏安曲线 概念表征：概念表征： 线性特征线性特征非线性特征非线性特征、线性与非线性、线性与非线性一、实验任务的定位一、实验任务的定位伏安法伏安法 利用伏安曲线研究元件特性的方法利用伏安曲线研究元件特性的方法 线性与非线性元件线性与非线性元件、伏安法伏安法二、实验方案的策划二、实验方案的策划学科原理学科原理 非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量在在N N型半导体中有许多型半导体中有许多可动的负电子和固定的可动的负电子和固定的正离子正离子. .PP型与型与N

3、 N性半导体性半导体 P P型半导体型半导体: :N N型半导体型半导体: :在硅或锗晶体参入硼在硅或锗晶体参入硼. .P P型半导体中有许多带正型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电荷的空穴和带负电荷的电离杂质电离杂质. .属性或特征属性或特征: :在硅或锗晶体参入砷在硅或锗晶体参入砷. .属性或特征属性或特征: :二、实验方案的策划二、实验方案的策划非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量PnPn结及其特征结及其特征 学科原理学科原理 PnPn结的形成结的形成: :PnPn结的特性结的特性: :当当P P型和型和N N型半导体接触时型半导体接触时, , 空穴会空穴会从从P P

4、型半导体向型半导体向N N型半导体扩散型半导体扩散, ,电子电子会从会从N N型半导体向型半导体向P P型半导体扩散型半导体扩散. .在界面附近的结区存有空间电荷区在界面附近的结区存有空间电荷区. . P P型半导体一边的空间电荷是负离子型半导体一边的空间电荷是负离子. .N N型半导体一边的空间电荷是正离子型半导体一边的空间电荷是正离子. .二、实验方案的策划二、实验方案的策划学科原理学科原理 非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量PnPn结的空间电荷区变窄结的空间电荷区变窄. . 作用作用: :PnPn结处于正偏置结处于正偏置: :外电场下的外电场下的PnPn结及其特征结及其特征

5、 使载流子的扩散电流增加引起使载流子的扩散电流增加引起 正向电流正向电流. . 当当P P区处于正电位、区处于正电位、N N区处于负电位区处于负电位. .二、实验方案的策划二、实验方案的策划学科原理学科原理 非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量外电场下的外电场下的PnPn结及其特征结及其特征 作用作用: :PnPn结的空间电荷区变宽结的空间电荷区变宽. . 当当P P区处于负电位、区处于负电位、N N区处于正电位区处于正电位. .PnPn结处于负偏置结处于负偏置: :形成在一定反向电压范围内与反形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流向偏置电压值无关的反向饱和电流

6、. . PnPn结具有单向导电的特征结具有单向导电的特征实验原理实验原理 普通二极管的伏安特性普通二极管的伏安特性 二极管处于正向偏置工作状态二极管处于正向偏置工作状态 二、实验方案的策划二、实验方案的策划非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量 当当正向电压小于某电压二极管正向电压小于某电压二极管将处于为非导通状态将处于为非导通状态. . 当正向电压达到某一电压之后当正向电压达到某一电压之后流经二极管的电流会迅速变大流经二极管的电流会迅速变大. .主要参量：主要参量： U UD D称为正向导通阈值电压称为正向导通阈值电压. . I If f为二极管正常工作时允许通过的最大正向平均电流

7、为二极管正常工作时允许通过的最大正向平均电流. . 实验原理实验原理 二、实验方案的策划二、实验方案的策划非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量 当反向电压小于某电压二极管当反向电压小于某电压二极管将处于为非导通状态将处于为非导通状态. . U Ub b为反向击穿电压为反向击穿电压 I Is s是反向饱和电流是反向饱和电流 当反向电压达到某一电压之后当反向电压达到某一电压之后流经二极管的电流迅速变大流经二极管的电流迅速变大. .主要参量：主要参量：普通二极管的伏安特性普通二极管的伏安特性 二极管处于反向偏置工作状态二极管处于反向偏置工作状态 实验原理实验原理 二、实验方案的策划二、实

8、验方案的策划非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量U UD D称为正向导通阈值电压称为正向导通阈值电压. . I If f为稳压管正常工作时允许通过的最大正向平均电流为稳压管正常工作时允许通过的最大正向平均电流. . 普通稳压管的伏安特性普通稳压管的伏安特性 主要参量：主要参量：稳压管处于正向偏置工作状态稳压管处于正向偏置工作状态 当正向电压小于某电压稳压管当正向电压小于某电压稳压管将处于为非导通状态将处于为非导通状态. . 当正向电压达到某一电压之后当正向电压达到某一电压之后流经稳压管的电流迅速变大流经稳压管的电流迅速变大. .实验原理实验原理 二、实验方案的策划二、实验方案的策划

9、非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量稳定电压稳定电压U U 最大稳压电流最大稳压电流I Imaxmax 主要参量：主要参量：稳压管处于反向偏置工作状态稳压管处于反向偏置工作状态 当反向电压小于某电压稳压管当反向电压小于某电压稳压管将处于为非导通状态将处于为非导通状态. . 当反向电压达到某一电压之后当反向电压达到某一电压之后流经稳压管的电流迅速变大流经稳压管的电流迅速变大. .普通稳压管的伏安特性普通稳压管的伏安特性 实验部件实验部件 电路器件电路器件:三、实验装置的构建三、实验装置的构建非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量直流稳压电源直流稳压电源电路结构电路结构:检测

10、普通二极管伏安特性的电路元件及组合检测普通二极管伏安特性的电路元件及组合 组成分压、制流电路组成分压、制流电路电表连接采用外接法电表连接采用外接法可变电阻器可变电阻器限流与取样电阻限流与取样电阻数字电表等数字电表等正向偏置电压一般约为正向偏置电压一般约为5V5V实验部件实验部件 电路器件电路器件:三、实验装置的构建三、实验装置的构建非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量直流稳压电源直流稳压电源可变电阻器可变电阻器限流与取样电阻限流与取样电阻数字电表等数字电表等电路结构电路结构:检测普通二极管伏安特性的电路元件及组合检测普通二极管伏安特性的电路元件及组合 组成分压制流电路组成分压制流电

11、路反向偏置电压一般约为反向偏置电压一般约为10V10V电表连接采用内接法电表连接采用内接法四、实验步骤的策划四、实验步骤的策划非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量测量普通二极管的伏安特性测量普通二极管的伏安特性 检测分压、限流电路的电路特性检测分压、限流电路的电路特性完成右图电路的搭建完成右图电路的搭建. .对该电路的分压与限流特对该电路的分压与限流特性以及对电路电压的调控性性以及对电路电压的调控性能进行检测能进行检测. .实验电路实验电路 非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量制流电路及特征制流电路及特征 制流电路制流电路 制流曲线制流曲线 k = RL/RAB 四、实

12、验步骤的策划四、实验步骤的策划实验电路实验电路 非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量分压电路及特征分压电路及特征 k = RL/RAB 分压电路分压电路 分压曲线分压曲线 四、实验步骤的策划四、实验步骤的策划四、实验步骤的策划四、实验步骤的策划非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量测量普通二极管的伏安特性测量普通二极管的伏安特性 用数字式多用表测量二极管的极性用数字式多用表测量二极管的极性欧姆法欧姆法 测量方式测量方式 测量档位测量档位将红黑表笔并接在光电二极管两端将红黑表笔并接在光电二极管两端. .电表有正常读数时，红表笔对应的端即为二电表有正常读数时，红表笔对应的端即

13、为二极管的极管的P P极极. .分别测量出两种并接方式电表的读数分别测量出两种并接方式电表的读数. . 测量过程测量过程 极性判断极性判断档位、档位、2K表笔插孔同上表笔插孔同上四、实验步骤的策划四、实验步骤的策划非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量测量普通二极管的伏安特性测量普通二极管的伏安特性 二极管伏安特性的测量二极管伏安特性的测量 可变电阻可变电阻R Rx1x1由小逐渐增大由小逐渐增大, ,观察正向电流观察正向电流. . 当出现正向电流时当出现正向电流时, ,开始记录电压电流数据开始记录电压电流数据. . 当正向电流达到当正向电流达到10mA10mA时结束数据采集时结束数据

14、采集. .利用右图电路测量二极管正向伏安特性利用右图电路测量二极管正向伏安特性.实验数据的采集实验数据的采集出现正向电流后约出现正向电流后约6-86-8个测量点个测量点. .四、实验步骤的策划四、实验步骤的策划非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量 依据二极管的反向伏安特性依据二极管的反向伏安特性, ,参照测参照测量二极管正向伏安特性的操作思路进行量二极管正向伏安特性的操作思路进行实验数据的采集实验数据的采集. . 利用右图电路测量二极管反向伏安特性利用右图电路测量二极管反向伏安特性.二极管伏安特性的测量二极管伏安特性的测量测量普通二极管的伏安特性测量普通二极管的伏安特性 实验数据的

15、采集实验数据的采集约约1010个测量点、最大电压约个测量点、最大电压约10V10V即可即可. .四、实验步骤的策划四、实验步骤的策划非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量测量稳压二极管的伏安特性测量稳压二极管的伏安特性 稳压二极管伏安特性的测量稳压二极管伏安特性的测量 依据稳压二极管的正向伏安特性依据稳压二极管的正向伏安特性, ,参参照测量二极管正向伏安特性的操作思路照测量二极管正向伏安特性的操作思路进行实验数据的采集进行实验数据的采集. . 利用右图电路测量稳压管正向伏安特性利用右图电路测量稳压管正向伏安特性. . 当正向电流有突变趋势并当正向电流有突变趋势并10mA10mA时时,

16、 ,须立即调低电压须立即调低电压, ,结束数据采集结束数据采集. . 实验数据的采集实验数据的采集出现正向电流后约出现正向电流后约6-86-8个测量点个测量点. .四、实验步骤的策划四、实验步骤的策划非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量测量普通稳压管的伏安特性测量普通稳压管的伏安特性 稳压二极管伏安特性的测量稳压二极管伏安特性的测量 依据稳压管的反向伏安特性依据稳压管的反向伏安特性, ,参照测参照测量二极管反向伏安特性的操作思路进行量二极管反向伏安特性的操作思路进行实验数据的采集实验数据的采集. . 利用右图电路测量稳压管反向伏安特性利用右图电路测量稳压管反向伏安特性. 当反向电流

17、有突变趋势并当反向电流有突变趋势并达到达到20mA20mA时时, ,须立即调低电压须立即调低电压, ,结束数据采集结束数据采集. . 实验数据的采集实验数据的采集出现反向电流后约出现反向电流后约6-86-8个测量点个测量点. .序号12345 6 UD（v）UR（v）五、实验数据的采集五、实验数据的采集非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量实验数据不能少于实验数据不能少于1010个个. . 在作图纸上描出正向伏安特性曲线在作图纸上描出正向伏安特性曲线. .求出二极管正向导通阈值求出二极管正向导通阈值U UD DID（A）11、普通二极管正向伏安特性普通二极管正向伏安特性 序号1234

18、5 6 UD（v）UR（v）五、实验数据的采集五、实验数据的采集非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量实验数据不能少于实验数据不能少于1010个个. .在作图纸上描出反向伏安特性曲线在作图纸上描出反向伏安特性曲线. .ID（A）12、普通二极管反向伏安特性普通二极管反向伏安特性 序号12345 6 UD（v）UR（v）五、实验数据的采集五、实验数据的采集非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量ID（A）实验数据不能少于实验数据不能少于1010个个. .在作图纸上描出正向伏安特性曲线在作图纸上描出正向伏安特性曲线. .21、普通稳压二极管正向伏安特性普通稳压二极管正向伏安特性 序号12345 6 UD（v）UR（v）五、实验数据的采集五、实验数据的采集非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量实验数据不能少于实验数据不能少于1010个个. . 在作图纸上描出反向伏安特性曲线在作图纸上描出反向伏安特性曲线. .求出稳压二极管的稳压值求出稳压二极管的稳压值U UW WID（A）22、普通稳压二极管反向伏安特性普通稳压二极管反向伏安特性 非线性元件伏安特性的测量非线性元件伏安特性的测量合理选定电源电压：合理选定电源电压：保证元件安全使用，测量值应小于其额