新型二极管参数测试仪性能分析

唐世清，罗 斯，雷新华，陈纪友，邓自强

(衡阳师范学院物理与电子工程学院，421010，湖南，衡阳)

0 引言

半导体器件作为现代电子技术的基本组成部分，以体积小、重量轻、输入功率小、使用寿命长、功率转换效率高等优点得到了广泛的应用[1-3]。二极管是电子电路设计中必不可少的部分，对二极管的参数进行测量非常重要，也有利于更好地完成高质量电路设计。本文基本测量思路是，在利用普通信号源供电的情况下，对接入电路的二极管两端的电压和流过二极管的电流进行相对应逐步测量并且绘制成曲线，从而了解二极管的伏安特性。

本测试仪通过触摸屏可设定4种工作模式，分别对应二极管测试仪测试二极管的4种工作状态，正向特性测试模式，反向特性测试模式，二极管极性判断模式，恒流源测试模式，各模式间相互转换方便。该电路运行稳定，操作方便，测量精度高。

1 性能测试与分析

1.1 系统测试方法

1.1.1 DAC8552输出电压测试 基准源和DAC8552采用7805转换的5 V电源单独供电。通过STM32控制DAC8552输出电压，并通过六位半万用表测得输出电压。

1.1.2 STM32单片机电路测试 采用键盘电路、显示电路和JTAG电路对单片机电路[4-7]进行调试。编写调试程序，完成系统时钟和看门狗的初始设置，调试后单片机电路工作正常。

1.1.3 电源电路测试 AD620和运放OP172、OPA177用5 V转±15 V升压模块供电。用六位半数字万用表测量输出电压，稳压值为VCC=+15.002 V，VSS=-15.001 V，ADC8552和基准源用7805电源提供参考电压，用万用表测得V=5.001 V，符合电路对电源的要求。

1.2 性能测试

1.2.1 极性判断功能测试 二极管接入电路后，点击极性测试，如果正向接入电路屏幕会提示“夹具红色一端为正黑色一端为负”， 如果二极管是反向接入则会提示“反接请拔出”，经测试该功能正常。

图1 DAC和基准

图2 DAC步进输出电压曲线图

1.2.2 二极管正向伏安特性与反向击穿电压测试

1)测试过程。

①利用伏安法手动的测试二极管正向伏安特性，该电路选用电流表外接法，并手动记录二极管的电压和电流数据。

②利用伏安法手动测试二极管反向伏安特性，该电路选用电流表内接法，并手动记录二极管的电压和电流数据。

③利用二极管参数测试仪测试二极管的伏安特性，点击触摸屏控制恒流源模块输出一定规律的电流，同时采集二极管两端电压，在液晶显示屏上显示二极管正向伏安特性曲线，再一次点击触摸屏，利用继电器实现二极管正反向切换，利用数控电压模块提供步进电压，利用A/D通道采集串联在二极管上的电阻电压值，从而计算出流过二极管的电流。

④将伏安法测得数据输入到软件中，画出二极管的伏安特性曲线。

⑤将二极管参数测试仪测得的数据导入到软件中，二极管的电压不变，二极管的电流通过电阻两端的电压除以电阻值计算得出，并用软件绘制二极管的正向伏安特性曲线。

2)测量数据及数据分析。

①按上述测试条件，首先采用传统伏安法测量型号1N4735A二极管的伏安特性，测试环境：固纬GPD-3303D电源、固纬GDM-8135万用表。

测得正向伏安特性数据如表1所示。正向导通电压约0.75 V；反向时，逐步增大电压到10 V，数据如表2所示。利用软件处理数据，得到二极管的伏安特性曲线，如图3所示。

表1 伏安法对1N4735A二极管正向测试结果

表2 伏安法对1N4735A二极管反向测试结果

图3 伏安法测试二极管特性曲线

②用二极管参数测试仪测量型号为1N4735A二极管的伏安特性[8-10]。测试环境：软件：Keil uVision5。硬件：STM32F103ZET6开发板、2.8寸TFT屏。

记录电压电流数据如表3所示，用二极管参数测试仪测量1N4735A二极管的反向伏安特性，记录电压和电流数据，如表4所示。电流值是通过电阻上的电压值除以电阻值计算得出，利用软件画出1N4735A二级管的伏安特性曲线如图4所示。

图4 本测试仪绘制的特性曲线

表3 本测试仪对1N4735A二极管正向测试结果

表4 本测试仪对1N4735A二极管反向测试结果

把伏安法与二极管参数测试仪的数据经过软件处理画出两者的对比图，对比结果如图5所示。通过比较传统伏安法手动测试结果与二极管参数测试仪测试结果，发现两者测量结果基本一致。

1.2.3 恒流源的电路测试 测试电路中R1取25 K则电压放大倍数为：

(1)

控制DAC8552输出电压使电流按0.1 mA和1 mA步长增长(各组数据用双线分开)，使用六位半万用表34410A串联500 Ω负载电阻进行测量，结果如表5前2组数据所示；使电流按10 mA步长增长(数据用双线分开)，使用六位半万用表34410A串联50 Ω负载电阻进行测量，结果如表5 最后2组数据所示。

图5 伏安法与本装置特性曲线比较

表5 恒流源误差测试

由以上数据表明本设计恒流源在接入500 Ω负载时输出电流从0.1～200 mA的误差小于0.1%，在接入50 Ω负载时输出电流从10～200 mA的误差也小于0.1%。

2 结论

二极管作为一种最基本的半导体元件，是电子电路设计中必不可少的部分。传统测量二极管伏安特性的方法有电桥法和伏安法等，这几种方法操作繁琐、耗时。因此设计一款操作简单、测量准确、成本低廉的二极管参数测试仪很有必要。本设计的主要的工作如下：

1)分析了当前测量二极管伏安特性的现状以及设计一种二极管参数测试仪可行性。

2)对比几种测量二极管的方法最终选择用恒流源测二极管正向特性曲线。

3)设计了结构简单、成本低廉的硬件电路，硬件电路主要包括恒流源模块和继电器模块。

4)以STM32单片机为核心，充分利用STM32高性能、低成本的优势使得整个仪器价格低且性能稳定，并充分利用了软件编程方便灵活的特点使得硬件电路简单易调试，满足系统设计要求。

测量仪器的智能化、自动化是未来必然的一种趋势，本设计适应了该趋势，具有操作简单、测量准确和成本低廉等优点。