基于Origin的普通二極管仿真實驗研究

(1.河北科技師范學院 河北 秦皇島 066004；2.沈陽航空航天大學安全工程學院 遼寧 沈陽 110136)

一、概述

在電子電路實驗和教學中，大部分電路中都含有半導體二極管。二極管在許多電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導體器件之一，其應(yīng)用非常廣泛。二極管的主要特性是單向?qū)щ娦訹1]，常用于整流、檢波、限幅、元件保護以及在模擬和數(shù)字電路中作為開關(guān)元件等。

Origin是美國OriginLab公司開發(fā)的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件。近年來，它已廣泛的應(yīng)用于大學物理實驗和電路實驗教學中，并取得了令人滿意的結(jié)果[2-5]。本文將采用Origin軟件對數(shù)據(jù)進行曲線改直，用作圖法、最小二乘法等數(shù)據(jù)處理方法進行計算，擬合出各種二極管伏安特性圖線及其函數(shù)關(guān)系式。

二、實驗方法

本實驗所用實驗儀器有：30V穩(wěn)壓電源兩臺、電壓表、多量程電流表、電流計、滑線變阻器、萬用表、開關(guān)、導線、FR105、IN5243B兩種不同型號的普通二極管。

本工作主要采用伏安法對普通二極管的正向伏安特性進行測試，采用電流表外接電路，并采用了理論修正的方法來減少電表接入誤差。最后對所得的大量數(shù)據(jù)進行計算機處理。

三、結(jié)果和分析

在常溫常壓條件下，測得了不同型號的二極管的伏安特性數(shù)據(jù)，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的反復篩選和誤差修改后，我們又用計算機進行了處理和計算，得出了二極管伏安特性曲線圖。

根據(jù)二極管經(jīng)驗公式：U=A+Blg(I+1)，我們用Origin軟件對FR105、IN5243B兩種型號二極管實驗數(shù)據(jù)進行了曲線改直，用作圖法、最小二乘法等數(shù)據(jù)處理方法進行計算，擬合出了如下二極管特性圖線和函數(shù)關(guān)系式，如圖1和2所示。

圖1 FR105正向伏安特性曲線半對數(shù)圖線

應(yīng)用最小二乘法進行曲線擬合，F(xiàn)R105正向伏安特性電壓電流函數(shù)關(guān)系為：U=0.45265+0.16376lg(I+1)，其中電流的單位為mA，電壓的單位為V。系數(shù)A的誤差為0.00109；系數(shù)B的誤差為5.6033E-4。相關(guān)系數(shù)R=0.99984。

圖2 IN5243B正向伏安特性曲線半對數(shù)圖線

應(yīng)用最小二乘法進行曲線擬合，IN5243B正向伏安特性電壓電流函數(shù)關(guān)系為：U=0.73303+0.0699lg(I+1)，其中電流的單位為mA，電壓的單位為V。系數(shù)A的誤差為0.0022；系數(shù)B的誤差為0.00127。相關(guān)系數(shù)R=0.99852。

四、結(jié)語

本實驗研究工作主要對兩種不同型號的普通二極管的伏安特性進行了測試，并經(jīng)過對實驗數(shù)據(jù)的計算機處理和計算，擬合出了二極管的伏安特性曲線，實驗結(jié)果真實可靠，清晰明確的展現(xiàn)出了二極管的正反向伏安特性，達到了預(yù)期目標。

同時，由于實驗室條件和器材的限制，我們并未測得普通二極管的反向伏安特性及其特性曲線，另外由于實驗儀器精確度以及采用的測量電路不夠理想，在實驗精度上還有待進一步改進，以便更精確的測試二極管的伏安特性。