粟春漁 羅光麗 魯曉娟 張寶麗

摘要：介紹了多種用于測量二極管伏安特性的方法，我們利用四種方法分別測量同一個二極管的電流電壓值，并得出實驗數(shù)據(jù)。用實驗數(shù)據(jù)畫出對應(yīng)各個方法測得的二極管的伏安特性曲線，最后通過對四種方法測得的伏安特性曲線圖做出相應(yīng)的分析給出測量最為精準(zhǔn)的方法。

關(guān)鍵詞：二極管；伏安特性曲線；伏安法；等效法對各種元器件的伏安特性進行測量時，我們常用的是伏安法。二極管伏安特性的測量是大學(xué)基礎(chǔ)物理實驗之一，因此大學(xué)物理實驗要求每一個物理、電子類的學(xué)生必須熟練掌握各種精確測量二極管伏安特性的方法。我們知道，二極管是非線性元件，即當(dāng)加在二極管兩端的電壓增加到某一值后，如果繼續(xù)增大電壓，那么二極管的電阻就會從無窮大變到幾十歐姆或甚至更小。當(dāng)對這種伏安特性變化范圍極大的元器件進行測量時，我們應(yīng)該選擇種哪方法測量才能較為精準(zhǔn)的測出其伏安特性呢？本文給出了常見的四種測量二極管伏安特性的方法，并利用這四種方法測出了同一個二極管的伏安特性曲線，幫助讀者理解二極管正向?qū)ǚ蔡匦宰兓闆r。

1常見的四種測量二極管的伏安特性曲線的方法

1.1 伏安法的內(nèi)接法[1]和外接法[2]

利用伏安法的電流表內(nèi)接法和電流表外接法對二極管的伏安特性進行測量時，我們分別對這兩種方法的實驗電路圖分析可知，當(dāng)利用這兩種實驗電路對二極管的電流電壓進行測量時都會存在誤差，誤差主要來源是由于電表內(nèi)阻的接入而引起的。在實驗中，通過對外接法實驗電路圖的分析還可以知道，當(dāng)電流表電壓表的測量值分別為I,U時，由于電壓表內(nèi)阻的分流作用，使得實際流經(jīng)二極管RD的電流I'要小于I，且存在以下關(guān)系：

⑴式中的RV表示電壓表的內(nèi)阻。

同樣對內(nèi)接法實驗電路分析可知，當(dāng)電流電壓表的測量示數(shù)分別為I,U時，由于電流表內(nèi)阻的分壓作用使得二極管兩邊的實際電壓U'＜U，且存在如下關(guān)系：

⑵式中的RV表示電流表的內(nèi)阻。

1.2 補償法和等效法

通過對補償法測二極管伏安特性實驗電路[4]分析可知，補償法的理論誤差為零，誤差的大小主要取決于檢流計的靈敏度和電表的精度，與伏安法中的內(nèi)、外接法相比，當(dāng)利用補償法對二極管的電流電壓進行測量時，實驗結(jié)果較為精準(zhǔn)。在大學(xué)中由于在補償法中引入電橋，這就使得其測量誤差幾乎為零。

除了以上談到的三種測量二極管伏安特性的方法之外，通常我們還采用的一種方法是等效法，等效法的方法是在測量二極管的伏安特性時利用一個可變電阻Ro來替代二極管RD，達到一個等效替換的效果。等效法實驗電路圖與補償法實驗電路圖相比，特別是與電路圖中引入了電橋[3]的補償法實驗電路圖相比，其電路圖的連接更為簡單，操作也更為簡便。由等效法實驗電路[5]連接方式可以知道：若電流表示數(shù)為I，則流經(jīng)二極管的電流為ID，RO、RD存在如下關(guān)系：

故可有

2四種方法測量二極管電流電壓的結(jié)果

2.1 分別用四種方法來對二極管的的電流電壓做了相應(yīng)的測量得到表一中的數(shù)據(jù)

由表一我們可以清楚的看到當(dāng)二極管兩端電壓在低于 0.13mV的范圍內(nèi)，對應(yīng)相同的電壓值，電流表外接法所測得的電流都比其他三種的要大，與電流表外接法相反的是，在電壓變化范圍小于0.13mV的范圍內(nèi)，電流表內(nèi)接法所測得的對應(yīng)電流均小于其他三種方法的測量結(jié)果。但是在電壓變化大于0.13mV后，四種方法測得的結(jié)果幾乎相同。

2.2 利用表一中四種方法測得的實驗數(shù)據(jù)繪出了下圖一中U-I關(guān)系圖

由圖一我們可以清晰的看到，外接法在整個測量過程中，測量結(jié)果相對其他三種來說，數(shù)據(jù)呈偏大趨勢，內(nèi)接法和補償法測得的伏安特性曲線較為接近，通過對四條伏安特性曲線進行分析可以看到，隨著測量電壓增大到某一后，該四種方法測得的曲線幾乎相吻合在一起。

3分析與總結(jié)

通過比較分析表一和圖一中的數(shù)據(jù)和圖象，我們可以清楚的看到外接法的實驗數(shù)據(jù)與其他三種方法的所測的的數(shù)據(jù)相差較大，在加壓的整個區(qū)域，相同電壓下，流經(jīng)外接法的電流都比其他三種的偏大，而內(nèi)接法測得的電流與另外三種測量結(jié)果相比整個變化過程的電流相對較小。但是從實驗數(shù)據(jù)和圖像我們還可以觀察到一個重要現(xiàn)象，即無論是利用哪一種方法對二極管進行測量，當(dāng)電壓增加到某一個值后它們的伏安特性曲線幾乎都能重合，并以相同的變化率變化。因此當(dāng)在所有曲線保持相同變化率的這段曲線上任取一點做切線與橫坐標(biāo)的交點對應(yīng)的電壓我們稱為該二極管的閾值電壓[6]，它與二極管的材料有關(guān)。

綜合分析以上四種測量方法，我們認為由于在采用外接法測量得出的實驗數(shù)據(jù)或伏安特性曲線變化較大，等效法、電流表內(nèi)接法和補償法測量得的實驗數(shù)據(jù)或伏安特性曲線波動較小，并且相對吻合，因此在對二極管的伏安特性曲線進行測量時，當(dāng)選擇電流表內(nèi)接法或補償法測量后得的結(jié)果較為理想。

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[6]陳瑩梅,劉平安,陸申龍.發(fā)光二極管基本物理特性測量及研究[J].大學(xué)物理，2007，2（8）：49-52