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(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)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(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，安徽 合肥 230036）

二極管在電子線路中應(yīng)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(tǒng)的伏安法這一測定方法易引起系統(tǒng)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(xù)變化的信號(hào)，并能將其自動(dòng)描繪成圖形，處理速度快，結(jié)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(guān)內(nèi)容，根據(jù)二極管的特性，結(jié)合示波器的優(yōu)點(diǎn)，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(shí)際測定；準(zhǔn)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(bǔ)償法等進(jìn)行測量[3]，通常使用傳統(tǒng)伏安法(電流表內(nèi)、外接)測定二極管的正、反向伏安特性，由于該方法會(huì)引起系統(tǒng)誤差，故作了進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)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(jù)二極管伏安特性，結(jié)合示波器對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行消除干擾處理的濾波技術(shù)[7]和信號(hào)波形直觀清晰的優(yōu)點(diǎn)[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(yīng)用廣泛，主要特點(diǎn)是具有單向?qū)щ姷奶匦裕凑螂娮璞确聪螂娮栊。?，在二極管兩端加反向電壓，當(dāng)反向電壓小于某一數(shù)值時(shí)，其反向電流始終很小，僅為微安數(shù)量級(jí)，它與二極管的材料和溫度有關(guān)，此時(shí)二極管呈現(xiàn)出很大的電阻值，當(dāng)反向電壓增加到某一數(shù)值時(shí)，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(shí)二極管失去了單向?qū)щ娦裕⒖赡芤虬l(fā)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(shí)一般不能超過此值.

除了最大反向電壓外，二極管還有一個(gè)重要參數(shù)，那就是額定正向電流.當(dāng)流過二極管的正向電流超過此值時(shí)，二極管會(huì)因過分發(fā)熱而損壞.有關(guān)二極管的一些參數(shù)可根據(jù)二極管的型號(hào)在晶體管手冊中查到.

3 示波器的調(diào)節(jié)

3.1 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備，調(diào)節(jié)示波器旋鈕[1]

按下示波器“主電源”按鈕接通電源.調(diào)節(jié)“輝度”旋鈕在適中位置以保護(hù)熒光屏.調(diào)節(jié)“聚焦”旋鈕將掃描線聚焦成最細(xì)最清晰狀態(tài).“靈敏度”旋鈕旋的微調(diào)處于“校準(zhǔn)”位置，即將“靈敏度”旋鈕的微調(diào)以逆時(shí)針方向旋到底.將“掃描因數(shù)”微調(diào)旋鈕旋至校準(zhǔn)位置，即將“掃描因數(shù)”微調(diào)旋鈕以逆時(shí)針方向旋至底.選擇產(chǎn)生掃描為鎖定方式，按下“自動(dòng)”和“常態(tài)”按鍵，儀器工作在鎖定狀態(tài)后，無需調(diào)節(jié)電平即可使波形穩(wěn)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(hào)發(fā)生器的輸出電壓幅值5V，頻率50Hz

如果被測信號(hào)從通道1（CH1）中進(jìn)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(zhuǎn)靈敏度”旋鈕旋在適合位置，使得信號(hào)在豎直方向顯示完整，記下垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)值，單位（V/DIV）.“靈敏度”旋鈕旋的微調(diào)處于“校準(zhǔn)”位置，即將“靈敏度”旋鈕的微調(diào)以逆時(shí)針方向旋到底.調(diào)節(jié)“掃描因數(shù)”旋鈕，使其在熒光屏上顯示幾個(gè)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(hào)調(diào)到熒光屏的標(biāo)尺上，測出信號(hào)的正峰和負(fù)峰在豎直方向上占有的格數(shù)，單位（DIV），即垂直偏轉(zhuǎn)幅度.用下列公式計(jì)算峰到峰電壓：

4.2 根據(jù)連線圖1接線

電路圖中，待測元件型號(hào)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(jìn)行相應(yīng)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(hào)

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

4.4 測量CH2通道的信號(hào)

CH2通道的探極從二級(jí)管的負(fù)極端取信號(hào)，CH2通道的另一端接地，測信號(hào)從通道2（CH2）中進(jìn)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(fù)1步驟，測出CH2的信號(hào)（如圖3）

圖1 二極管特性研究電路圖

圖2 CH1通道的信號(hào)

圖3 CH2通道的信號(hào)

4.5 測量CH1和CH2通道的合成信號(hào)

首先將CH1通道信號(hào)送至X軸信號(hào)與CH2通道信號(hào)送至Y軸信號(hào)進(jìn)行合成，選擇“X-Y工作方式”，即將“掃描因數(shù)”微調(diào)旋鈕以逆時(shí)針方向旋至底.調(diào)節(jié)“水平位移”旋鈕和“豎直位移”旋鈕，在熒光屏上坐標(biāo)原心顯示一亮點(diǎn)，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(diǎn)水平方向分別向左和向右進(jìn)行反向移動(dòng)，當(dāng)電壓增加到一定值時(shí)，兩個(gè)亮點(diǎn)分別向上和向下進(jìn)行反向移動(dòng)，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(hào)

通過圖4分析，在坐標(biāo)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(wěn)壓電壓值3.8V左右.

5 總結(jié)

①使用示波器對二極管的伏安特性進(jìn)行觀測,其結(jié)果與理論是相符，與用傳統(tǒng)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(shù)與示波器原來測量相同，垂直方向是電流讀數(shù)，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(hào)必須是使用正弦波模擬信號(hào)，電壓的連續(xù)變化才能看到正負(fù)兩個(gè)方向電流變化的顯示現(xiàn)象，其它類型的輸入波形都不能出現(xiàn)伏安特性的全貌[5].④根據(jù)二級(jí)管的參數(shù)，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(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2012．

〔2〕王春霞,等.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中模擬示波器的使用及常見問題分析[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009，11(5):138-140.

〔3〕楊貴榮,喻秋山,邱學(xué)云.如何引導(dǎo)學(xué)生做好綜合設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)[J].文山學(xué)院學(xué)報(bào),2010，23(2):101-103.

〔4〕李俊，柴曉娜,等.二極管伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)[J].阜陽師范學(xué)院學(xué)報(bào),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(xué)儀器與實(shí)驗(yàn),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(xué)物理實(shí)驗(yàn),2000，13(2):26-28.

〔7〕李妍.數(shù)字濾波技術(shù)[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005 (6):75-77.

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1673-260X（2014）01-0001-02