穩壓二極管伏安特性的測量*

和俊杰，丁鴻哲，彭躍紅

(楚雄師范學院物理與電子科學系，云南 楚雄 675000)

引言

二極管是非線性元件，具有單向導電性能。其正向電阻小，反向電阻大。正向電阻比較復雜，變化范圍較大，當正向電壓小于二極管死區電壓時，基本不導電，電阻較大;當正向電壓加大到正常工作區域時，電阻較小。對二極管伏安特性曲線的測量，常采用伏安法。但是伏安法測這種阻值變化范圍很大的二極管，無論采用內接法還是外接法，都不能精確地測量出二極管的伏安特性曲線［1］。穩壓二極管的外特性曲線與普通二極管相似，其差別是穩壓二極管的反向特性曲線比較陡。

1.測量二極管伏安特性曲線的三種方法

1.1 伏安法

圖1.1 伏安法測量二極管伏安特性電路

如圖1.1所示，當開關K2打向A位置時，電流表內接法，此時二極管等效電阻的測量值為:

其中，RD為二極管等效電阻的實際值，RA表示電流表的電阻。

當開關K2打向B位置，電流表外接法，此時二極管的測量值為:

其中，RV為電壓表的內阻。

不管采用電流表內接法還是外接法測量二極管的伏安特性，都會引入方法誤差。針對二極管為非線性電阻，其正向電阻較小，容易滿足RV遠遠大于RD這一條件，故實驗采用電流表外接法測量二極管正向伏安特性;同時，二極管反向電阻較大，容易滿足RA遠遠小于RD這一條件，故實驗采用電流表內接法測量二極管反向伏安特性。

1.2 等效法

等效法［2］測量電路如圖1.2所示。等效法實際上是用一個電阻完全替代二極管在該電壓下的等效電阻RD。保持滑動變阻器滑動觸頭和電源電壓E不變，通過調節電阻箱R0使開關K2無論在A位置還是B位置，電壓表上的讀數都不變。

圖1.2 等效法測量二極管伏安特性電路

根據歐姆定律可知:

電流表測量的電流I就是流過二極管的電流，即:

用等效法測量二極管伏安特性避免了接入電壓表時產生的支路電流。此時，二極管兩端的電壓和流過二極管的電流是分開測量，因此采用等效法測量二極管伏安特性不存在理論誤差。

1.3 直流電橋法

圖1.3 直流電橋法測量二極管伏安特性電路

電路如圖1.3所示。圖中G為檢流計，R2為限流電阻。電流表和電阻箱R2、電壓表、穩壓二極管和電阻箱R1構成直流電橋的四個橋臂。調節RP可以改變電壓表示數，通過調節電阻箱R1和R2可以使流過檢流計中的電流為0，此時電橋達到平衡。當直流電橋達到平衡時，流過電流表測量的電流就等于流過二極管的電流，電壓表測量的電壓就為穩壓二極管兩端的電壓。因此，采用直流電橋法測量二極管的伏安特性不會引入方法誤差［3—4］。

2.數據測量和結果分析

以穩壓二極管為例，分別采用上述三種方法測量其伏安特性。實驗時采用數字萬用表來測量電壓和電流，電流表量程最小為2μA，電阻箱阻值可調范圍為0—99999.9Ω，最小阻值可調為0.1Ω，這樣保證了測量精度，同時，保證電橋平衡易于調節。

通過實驗數據測量，并利用origin軟件對所測實驗數據進行處理，分別繪制了這三種方法下測量得到的伏安特性曲線，如圖2.1所示。

圖2.1 三種測量方法分別測量得到的二極管伏安特性曲線

從圖2.1可以看出，等效法和電橋法由于沒有引入方法誤差，所測得的數據相差不大，兩條曲線基本能夠重合;采用伏安法測量穩壓二極管伏安特性時，用電流表外接法測量二極管正向特性時，在同一電壓下所測出來的電流數值偏大，說明采用電流表外接法測量得到的二極管等效電阻值偏小;而采用電流表內接法測量二極管反向特性時，在同一電流下所測出來的電壓數值偏大，說明采用電流表內接法測二極管反向特性時得到的二極管等效電阻值偏大。通過這些分析，說明采用伏安法、等效法、直流電橋法測量穩壓二極管伏安特性曲線所測量數據、結果和理論相吻合。

3.結論

采用伏安法、等效法、直流電橋法測量穩壓二極管伏安特性曲線時，這三種方法各有優缺點。伏安法原理簡單，易操作，是最常見的測量方法，但是誤差較大;等效法原理較簡單，操作方便，測量比較準確，是測量穩壓二極管伏安特性曲線的一種理想方法;而采用直流電橋法測量穩壓二極管的伏安特性曲線時，方法誤差也為零，原理簡單，但電路較復雜，操作麻煩，調節電橋平衡比較困難。

［1］賈玉潤.大學物理實驗［M］.上海：復旦大學出版社，1987：201—204.

［2］陳木鑫.準確測量二極管伏安特性的簡便方法［J］.韓山師范學院報，2005，26(6)：37—38.

［3］唐恒陽.改進的測二極管伏安特性的電路［J］.大學物理，2000，19(8)：31—32.

［4］肖景魁，張麗.二極管伏安特性曲線測試技術探討［J］.沈陽教育學院學報，2007，9(2)：107—108.