稳压二极管伏安特性的测量*

和俊杰，丁鸿哲，彭跃红

(楚雄师范学院物理与电子科学系，云南 楚雄 675000)

引言

二极管是非线性元件，具有单向导电性能。其正向电阻小，反向电阻大。正向电阻比较复杂，变化范围较大，当正向电压小于二极管死区电压时，基本不导电，电阻较大;当正向电压加大到正常工作区域时，电阻较小。对二极管伏安特性曲线的测量，常采用伏安法。但是伏安法测这种阻值变化范围很大的二极管，无论采用内接法还是外接法，都不能精确地测量出二极管的伏安特性曲线［1］。稳压二极管的外特性曲线与普通二极管相似，其差别是稳压二极管的反向特性曲线比较陡。

1.测量二极管伏安特性曲线的三种方法

1.1 伏安法

图1.1 伏安法测量二极管伏安特性电路

如图1.1所示，当开关K2打向A位置时，电流表内接法，此时二极管等效电阻的测量值为:

其中，RD为二极管等效电阻的实际值，RA表示电流表的电阻。

当开关K2打向B位置，电流表外接法，此时二极管的测量值为:

其中，RV为电压表的内阻。

不管采用电流表内接法还是外接法测量二极管的伏安特性，都会引入方法误差。针对二极管为非线性电阻，其正向电阻较小，容易满足RV远远大于RD这一条件，故实验采用电流表外接法测量二极管正向伏安特性;同时，二极管反向电阻较大，容易满足RA远远小于RD这一条件，故实验采用电流表内接法测量二极管反向伏安特性。

1.2 等效法

等效法［2］测量电路如图1.2所示。等效法实际上是用一个电阻完全替代二极管在该电压下的等效电阻RD。保持滑动变阻器滑动触头和电源电压E不变，通过调节电阻箱R0使开关K2无论在A位置还是B位置，电压表上的读数都不变。

图1.2 等效法测量二极管伏安特性电路

根据欧姆定律可知:

电流表测量的电流I就是流过二极管的电流，即:

用等效法测量二极管伏安特性避免了接入电压表时产生的支路电流。此时，二极管两端的电压和流过二极管的电流是分开测量，因此采用等效法测量二极管伏安特性不存在理论误差。

1.3 直流电桥法

图1.3 直流电桥法测量二极管伏安特性电路

电路如图1.3所示。图中G为检流计，R2为限流电阻。电流表和电阻箱R2、电压表、稳压二极管和电阻箱R1构成直流电桥的四个桥臂。调节RP可以改变电压表示数，通过调节电阻箱R1和R2可以使流过检流计中的电流为0，此时电桥达到平衡。当直流电桥达到平衡时，流过电流表测量的电流就等于流过二极管的电流，电压表测量的电压就为稳压二极管两端的电压。因此，采用直流电桥法测量二极管的伏安特性不会引入方法误差［3—4］。

2.数据测量和结果分析

以稳压二极管为例，分别采用上述三种方法测量其伏安特性。实验时采用数字万用表来测量电压和电流，电流表量程最小为2μA，电阻箱阻值可调范围为0—99999.9Ω，最小阻值可调为0.1Ω，这样保证了测量精度，同时，保证电桥平衡易于调节。

通过实验数据测量，并利用origin软件对所测实验数据进行处理，分别绘制了这三种方法下测量得到的伏安特性曲线，如图2.1所示。

图2.1 三种测量方法分别测量得到的二极管伏安特性曲线

从图2.1可以看出，等效法和电桥法由于没有引入方法误差，所测得的数据相差不大，两条曲线基本能够重合;采用伏安法测量稳压二极管伏安特性时，用电流表外接法测量二极管正向特性时，在同一电压下所测出来的电流数值偏大，说明采用电流表外接法测量得到的二极管等效电阻值偏小;而采用电流表内接法测量二极管反向特性时，在同一电流下所测出来的电压数值偏大，说明采用电流表内接法测二极管反向特性时得到的二极管等效电阻值偏大。通过这些分析，说明采用伏安法、等效法、直流电桥法测量稳压二极管伏安特性曲线所测量数据、结果和理论相吻合。

3.结论

采用伏安法、等效法、直流电桥法测量稳压二极管伏安特性曲线时，这三种方法各有优缺点。伏安法原理简单，易操作，是最常见的测量方法，但是误差较大;等效法原理较简单，操作方便，测量比较准确，是测量稳压二极管伏安特性曲线的一种理想方法;而采用直流电桥法测量稳压二极管的伏安特性曲线时，方法误差也为零，原理简单，但电路较复杂，操作麻烦，调节电桥平衡比较困难。

［1］贾玉润.大学物理实验［M］.上海：复旦大学出版社，1987：201—204.

［2］陈木鑫.准确测量二极管伏安特性的简便方法［J］.韩山师范学院报，2005，26(6)：37—38.

［3］唐恒阳.改进的测二极管伏安特性的电路［J］.大学物理，2000，19(8)：31—32.

［4］肖景魁，张丽.二极管伏安特性曲线测试技术探讨［J］.沈阳教育学院学报，2007，9(2)：107—108.