基于Origin的普通二极管仿真实验研究

2019-02-10

(1.河北科技师范学院河北秦皇岛 066004；2.沈阳航空航天大学安全工程学院辽宁沈阳 110136)

一、概述

在电子电路实验和教学中，大部分电路中都含有半导体二极管。二极管在许多电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用非常广泛。二极管的主要特性是单向导电性[1]，常用于整流、检波、限幅、元件保护以及在模拟和数字电路中作为开关元件等。

Origin是美国OriginLab公司开发的图形可视化和数据分析软件。近年来，它已广泛的应用于大学物理实验和电路实验教学中，并取得了令人满意的结果[2-5]。本文将采用Origin软件对数据进行曲线改直，用作图法、最小二乘法等数据处理方法进行计算，拟合出各种二极管伏安特性图线及其函数关系式。

本实验所用实验仪器有：30V稳压电源两台、电压表、多量程电流表、电流计、滑线变阻器、万用表、开关、导线、FR105、IN5243B两种不同型号的普通二极管。

本工作主要采用伏安法对普通二极管的正向伏安特性进行测试，采用电流表外接电路，并采用了理论修正的方法来减少电表接入误差。最后对所得的大量数据进行计算机处理。

在常温常压条件下，测得了不同型号的二极管的伏安特性数据，经过对数据的反复筛选和误差修改后，我们又用计算机进行了处理和计算，得出了二极管伏安特性曲线图。

根据二极管经验公式：U=A+Blg(I+1)，我们用Origin软件对FR105、IN5243B两种型号二极管实验数据进行了曲线改直，用作图法、最小二乘法等数据处理方法进行计算，拟合出了如下二极管特性图线和函数关系式，如图1和2所示。

图1 FR105正向伏安特性曲线半对数图线

应用最小二乘法进行曲线拟合，FR105正向伏安特性电压电流函数关系为：U=0.45265+0.16376lg(I+1)，其中电流的单位为mA，电压的单位为V。系数A的误差为0.00109；系数B的误差为5.6033E-4。相关系数R=0.99984。

图2 IN5243B正向伏安特性曲线半对数图线

应用最小二乘法进行曲线拟合，IN5243B正向伏安特性电压电流函数关系为：U=0.73303+0.0699lg(I+1)，其中电流的单位为mA，电压的单位为V。系数A的误差为0.0022；系数B的误差为0.00127。相关系数R=0.99852。

本实验研究工作主要对两种不同型号的普通二极管的伏安特性进行了测试，并经过对实验数据的计算机处理和计算，拟合出了二极管的伏安特性曲线，实验结果真实可靠，清晰明确的展现出了二极管的正反向伏安特性，达到了预期目标。

同时，由于实验室条件和器材的限制，我们并未测得普通二极管的反向伏安特性及其特性曲线，另外由于实验仪器精确度以及采用的测量电路不够理想，在实验精度上还有待进一步改进，以便更精确的测试二极管的伏安特性。