用示波器测二极管的伏安特性

刘家菊，洪炜宁，钱良存

（安徽农业大学 理学院，安徽 合肥 230036）

用示波器测二极管的伏安特性

刘家菊，洪炜宁，钱良存

（安徽农业大学 理学院，安徽 合肥 230036）

二极管在电子线路中应用广泛，对其伏安特性的测定在电路分析中亦非常重要.传统的伏安法这一测定方法易引起系统误差，精确度不高.而示波器作为一种用途广泛的电子测量仪器，它能接受连续变化的信号，并能将其自动描绘成图形，处理速度快，结果直观，且示波器的输入阻抗大，测量精度高.因此，本文从课本中摘取伏安特性的原理和示波器的面板介绍部分的相关内容，根据二极管的特性，结合示波器的优点，以YB4328系列便携式二踪模拟示波器为例，介绍使用示波器测量晶体二极管伏安特性的具体操作方法.

二极管；伏安特性；示波器；实际测定；准确

1 引言

二极管伏安特性的测定，一般的方法有电桥法、等效法、电压补偿法等进行测量[3]，通常使用传统伏安法(电流表内、外接)测定二极管的正、反向伏安特性，由于该方法会引起系统误差，故作了进一步改进和优化[4].

本文从课本中摘取伏安特性的原理和示波器的面板介绍部分，根据二极管伏安特性，结合示波器对采集到的数据进行消除干扰处理的滤波技术[7]和信号波形直观清晰的优点[2]，以YB4328系列便携式二踪模拟示波器为例，介绍使用示波器测量晶体二极管伏安特性的基本使用方法.

2 二极管的伏安特性原理介绍[1]

二极管在电子线路中应用广泛，主要特点是具有单向导电的特性（即正向电阻比反向电阻小），在二极管两端加反向电压，当反向电压小于某一数值时，其反向电流始终很小，仅为微安数量级，它与二极管的材料和温度有关，此时二极管呈现出很大的电阻值，当反向电压增加到某一数值时，对硅管而言此值大约为0.7V:0.8V左右.反向电流急剧增加，此时二极管失去了单向导电性，并可能因发热而烧毁，此电压称为二极管的最大反向电压（即击穿电压）.使用时一般不能超过此值.

除了最大反向电压外，二极管还有一个重要参数，那就是额定正向电流.当流过二极管的正向电流超过此值时，二极管会因过分发热而损坏.有关二极管的一些参数可根据二极管的型号在晶体管手册中查到.

3 示波器的调节

3.1 实验前的准备，调节示波器旋钮[1]

按下示波器“主电源”按钮接通电源.调节“辉度”旋钮在适中位置以保护荧光屏.调节“聚焦”旋钮将扫描线聚焦成最细最清晰状态.“灵敏度”旋钮旋的微调处于“校准”位置，即将“灵敏度”旋钮的微调以逆时针方向旋到底.将“扫描因数”微调旋钮旋至校准位置，即将“扫描因数”微调旋钮以逆时针方向旋至底.选择产生扫描为锁定方式，按下“自动”和“常态”按键，仪器工作在锁定状态后，无需调节电平即可使波形稳定的显示在屏幕上.

4 示波器（YB4328双踪）的荧光屏上显示二极管伏安特性曲线图

4.1 测量信号发生器的输出电压幅值5V，频率50Hz

如果被测信号从通道1（CH1）中进入，将“垂直工作方式”选择被测通道1（CH1），即CH1按键按下，“垂直工作方式”其它按键弹起.“垂直方向偏转灵敏度”旋钮旋在适合位置，使得信号在竖直方向显示完整，记下垂直偏转因数值，单位（V/DIV）.“灵敏度”旋钮旋的微调处于“校准”位置，即将“灵敏度”旋钮的微调以逆时针方向旋到底.调节“扫描因数”旋钮，使其在荧光屏上显示几个完整的波形.通过“水平位移”旋钮和“竖直位移”旋钮将被测信号调到荧光屏的标尺上，测出信号的正峰和负峰在竖直方向上占有的格数，单位（DIV），即垂直偏转幅度.用下列公式计算峰到峰电压：

4.2 根据连线图1接线

电路图中，待测元件型号为 1N4749硅二极管，R1=1000Ω的滑线变阻器，（改变在二极管两端的电压降，随着两端的压降增大，可见，伏安特性进行相应的变化过程）R2=1000Ω固定电阻，CH1和CH2的探极衰减倍率都为1.

4.3 测量CH1通道的信号

二极管两端加电压，CH1通道的探极从二级管的正极端取信号，CH1通道的另一端接地，重复1步骤，测出CH1的信号（如图2）

4.4 测量CH2通道的信号

CH2通道的探极从二级管的负极端取信号，CH2通道的另一端接地，测信号从通道2（CH2）中进入，将“垂直工作方式”选择被测通道2（CH2），即CH2按键按下，“垂直工作方式”其它按键弹起.重复1步骤，测出CH2的信号（如图3）

图1 二极管特性研究电路图

图2 CH1通道的信号

图3 CH2通道的信号

4.5 测量CH1和CH2通道的合成信号

首先将CH1通道信号送至X轴信号与CH2通道信号送至Y轴信号进行合成，选择“X-Y工作方式”，即将“扫描因数”微调旋钮以逆时针方向旋至底.调节“水平位移”旋钮和“竖直位移”旋钮，在荧光屏上坐标原心显示一亮点，随着R1阻值从0Ω到1000Ω的变化，加载在二极管两端的电压逐渐增大，随之，荧光屏上的亮点水平方向分别向左和向右进行反向移动，当电压增加到一定值时，两个亮点分别向上和向下进行反向移动，最终，得到二极管的伏安特性图（如图4）.

图4 CH1和CH2合成信号

通过图4分析，在坐标系中，第一象限显示的是二极管正向特性曲线，并测出阀门电压为0.7V，第三象限显示的是二极管反向特性曲线，稳压电压值3.8V左右.

5 总结

①使用示波器对二极管的伏安特性进行观测,其结果与理论是相符，与用传统的“伏安法”相比，更加形象、直观和快捷[6].②水平方向电压的读数与示波器原来测量相同，垂直方向是电流读数，其大小是从示波器CH2读出电压值后除以加入的电阻.③加载在二极管两端的的信号必须是使用正弦波模拟信号，电压的连续变化才能看到正负两个方向电流变化的显示现象，其它类型的输入波形都不能出现伏安特性的全貌[5].④根据二级管的参数，合理选择CH1和CH2的量程挡位以及取样电阻R2的大小.

〔1〕洪炜宁大学物理实验教程[M].北京:中国农业出版社，2012．

〔2〕王春霞,等.实验教学中模拟示波器的使用及常见问题分析[J].辽宁工业大学学报,2009，11(5):138-140.

〔3〕杨贵荣,喻秋山,邱学云.如何引导学生做好综合设计性物理实验[J].文山学院学报,2010，23(2):101-103.

〔4〕李俊，柴晓娜,等.二极管伏安特性曲线实验方案的改进[J].阜阳师范学院学报,2012，29（3）：73-78.

〔5〕张世旺.使用示波器测量元件的伏安特性[J].教学仪器与实验,2005，21(10):20-21.

〔6〕赵美蓉，李瑞霞,等.用示波器研究晶体管特性曲线[J].大学物理实验,2000，13(2):26-28.

〔7〕李妍.数字滤波技术[J].赤峰学院学报(自然科学版),2005 (6):75-77.

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A

1673-260X（2014）01-0001-02