用示波器測二極管的伏安特性

劉家菊，洪煒寧，錢良存

（安徽農業大學 理學院，安徽 合肥 230036）

用示波器測二極管的伏安特性

劉家菊，洪煒寧，錢良存

（安徽農業大學 理學院，安徽 合肥 230036）

二極管在電子線路中應用廣泛，對其伏安特性的測定在電路分析中亦非常重要.傳統的伏安法這一測定方法易引起系統誤差，精確度不高.而示波器作為一種用途廣泛的電子測量儀器，它能接受連續變化的信號，并能將其自動描繪成圖形，處理速度快，結果直觀，且示波器的輸入阻抗大，測量精度高.因此，本文從課本中摘取伏安特性的原理和示波器的面板介紹部分的相關內容，根據二極管的特性，結合示波器的優點，以YB4328系列便攜式二蹤模擬示波器為例，介紹使用示波器測量晶體二極管伏安特性的具體操作方法.

二極管；伏安特性；示波器；實際測定；準確

1 引言

二極管伏安特性的測定，一般的方法有電橋法、等效法、電壓補償法等進行測量[3]，通常使用傳統伏安法(電流表內、外接)測定二極管的正、反向伏安特性，由于該方法會引起系統誤差，故作了進一步改進和優化[4].

本文從課本中摘取伏安特性的原理和示波器的面板介紹部分，根據二極管伏安特性，結合示波器對采集到的數據進行消除干擾處理的濾波技術[7]和信號波形直觀清晰的優點[2]，以YB4328系列便攜式二蹤模擬示波器為例，介紹使用示波器測量晶體二極管伏安特性的基本使用方法.

2 二極管的伏安特性原理介紹[1]

二極管在電子線路中應用廣泛，主要特點是具有單向導電的特性（即正向電阻比反向電阻小），在二極管兩端加反向電壓，當反向電壓小于某一數值時，其反向電流始終很小，僅為微安數量級，它與二極管的材料和溫度有關，此時二極管呈現出很大的電阻值，當反向電壓增加到某一數值時，對硅管而言此值大約為0.7V:0.8V左右.反向電流急劇增加，此時二極管失去了單向導電性，并可能因發熱而燒毀，此電壓稱為二極管的最大反向電壓（即擊穿電壓）.使用時一般不能超過此值.

除了最大反向電壓外，二極管還有一個重要參數，那就是額定正向電流.當流過二極管的正向電流超過此值時，二極管會因過分發熱而損壞.有關二極管的一些參數可根據二極管的型號在晶體管手冊中查到.

3 示波器的調節

3.1 實驗前的準備，調節示波器旋鈕[1]

按下示波器“主電源”按鈕接通電源.調節“輝度”旋鈕在適中位置以保護熒光屏.調節“聚焦”旋鈕將掃描線聚焦成最細最清晰狀態.“靈敏度”旋鈕旋的微調處于“校準”位置，即將“靈敏度”旋鈕的微調以逆時針方向旋到底.將“掃描因數”微調旋鈕旋至校準位置，即將“掃描因數”微調旋鈕以逆時針方向旋至底.選擇產生掃描為鎖定方式，按下“自動”和“常態”按鍵，儀器工作在鎖定狀態后，無需調節電平即可使波形穩定的顯示在屏幕上.

4 示波器（YB4328雙蹤）的熒光屏上顯示二極管伏安特性曲線圖

4.1 測量信號發生器的輸出電壓幅值5V，頻率50Hz

如果被測信號從通道1（CH1）中進入，將“垂直工作方式”選擇被測通道1（CH1），即CH1按鍵按下，“垂直工作方式”其它按鍵彈起.“垂直方向偏轉靈敏度”旋鈕旋在適合位置，使得信號在豎直方向顯示完整，記下垂直偏轉因數值，單位（V/DIV）.“靈敏度”旋鈕旋的微調處于“校準”位置，即將“靈敏度”旋鈕的微調以逆時針方向旋到底.調節“掃描因數”旋鈕，使其在熒光屏上顯示幾個完整的波形.通過“水平位移”旋鈕和“豎直位移”旋鈕將被測信號調到熒光屏的標尺上，測出信號的正峰和負峰在豎直方向上占有的格數，單位（DIV），即垂直偏轉幅度.用下列公式計算峰到峰電壓：

4.2 根據連線圖1接線

電路圖中，待測元件型號為 1N4749硅二極管，R1=1000Ω的滑線變阻器，（改變在二極管兩端的電壓降，隨著兩端的壓降增大，可見，伏安特性進行相應的變化過程）R2=1000Ω固定電阻，CH1和CH2的探極衰減倍率都為1.

4.3 測量CH1通道的信號

二極管兩端加電壓，CH1通道的探極從二級管的正極端取信號，CH1通道的另一端接地，重復1步驟，測出CH1的信號（如圖2）

4.4 測量CH2通道的信號

CH2通道的探極從二級管的負極端取信號，CH2通道的另一端接地，測信號從通道2（CH2）中進入，將“垂直工作方式”選擇被測通道2（CH2），即CH2按鍵按下，“垂直工作方式”其它按鍵彈起.重復1步驟，測出CH2的信號（如圖3）

圖1 二極管特性研究電路圖

圖2 CH1通道的信號

圖3 CH2通道的信號

4.5 測量CH1和CH2通道的合成信號

首先將CH1通道信號送至X軸信號與CH2通道信號送至Y軸信號進行合成，選擇“X-Y工作方式”，即將“掃描因數”微調旋鈕以逆時針方向旋至底.調節“水平位移”旋鈕和“豎直位移”旋鈕，在熒光屏上坐標原心顯示一亮點，隨著R1阻值從0Ω到1000Ω的變化，加載在二極管兩端的電壓逐漸增大，隨之，熒光屏上的亮點水平方向分別向左和向右進行反向移動，當電壓增加到一定值時，兩個亮點分別向上和向下進行反向移動，最終，得到二極管的伏安特性圖（如圖4）.

圖4 CH1和CH2合成信號

通過圖4分析，在坐標系中，第一象限顯示的是二極管正向特性曲線，并測出閥門電壓為0.7V，第三象限顯示的是二極管反向特性曲線，穩壓電壓值3.8V左右.

5 總結

①使用示波器對二極管的伏安特性進行觀測,其結果與理論是相符，與用傳統的“伏安法”相比，更加形象、直觀和快捷[6].②水平方向電壓的讀數與示波器原來測量相同，垂直方向是電流讀數，其大小是從示波器CH2讀出電壓值后除以加入的電阻.③加載在二極管兩端的的信號必須是使用正弦波模擬信號，電壓的連續變化才能看到正負兩個方向電流變化的顯示現象，其它類型的輸入波形都不能出現伏安特性的全貌[5].④根據二級管的參數，合理選擇CH1和CH2的量程擋位以及取樣電阻R2的大小.

〔1〕洪煒寧大學物理實驗教程[M].北京:中國農業出版社，2012．

〔2〕王春霞,等.實驗教學中模擬示波器的使用及常見問題分析[J].遼寧工業大學學報,2009，11(5):138-140.

〔3〕楊貴榮,喻秋山,邱學云.如何引導學生做好綜合設計性物理實驗[J].文山學院學報,2010，23(2):101-103.

〔4〕李俊，柴曉娜,等.二極管伏安特性曲線實驗方案的改進[J].阜陽師范學院學報,2012，29（3）：73-78.

〔5〕張世旺.使用示波器測量元件的伏安特性[J].教學儀器與實驗,2005，21(10):20-21.

〔6〕趙美蓉，李瑞霞,等.用示波器研究晶體管特性曲線[J].大學物理實驗,2000，13(2):26-28.

〔7〕李妍.數字濾波技術[J].赤峰學院學報(自然科學版),2005 (6):75-77.

O316

A

1673-260X（2014）01-0001-02