LOTO示波器：秒測UI特性曲線(xiàn)（二極管為例）

LOTO2018

      本文章主要介紹用LOTO示波器、信號發(fā)生器模塊和電流差分模塊測二極管UI特性曲線(xiàn)的案例，當然還可以用該套設備測三極管、場(chǎng)效應管、穩壓管和一般的PN結。圖1為PN結的UI特性曲線(xiàn)，可以看到，當電壓U增大到一定的值時(shí)，流過(guò)PN結的電流會(huì )迅速變化，我們稱(chēng)這個(gè)電壓為導通電壓，不同材料的導通電壓不同，硅管的0.7V，鍺管的0.3V，用途有整流用的，有開(kāi)關(guān)用的，各種二極管，它的曲線(xiàn)不太一樣，當PN結兩端的電壓加到零點(diǎn)幾伏的時(shí)候，它兩端的電壓就不會(huì )繼續升高了，只是電流在增大。

圖1. 二極管UI特性曲線(xiàn)

     PN結反向特性：當PN結兩端加反向電壓時(shí)，反向電壓值較小時(shí)，電流幾乎為零，此時(shí)的電流為反向飽和電流，當反向電壓增加到一定值時(shí)，電壓不會(huì )繼續跟著(zhù)增大，此時(shí)的反向電流會(huì )突然增大，我們稱(chēng)這個(gè)時(shí)候的PN結處于反向擊穿狀態(tài)，一般PN結的反向擊穿電壓是可以從幾伏到幾千伏。

下面，我們用LOTO示波器UI繪圖曲線(xiàn)的功能來(lái)測一下二極管的特性曲線(xiàn)。

      實(shí)驗原理與方案：基于LOTO示波器的積木式模塊拼接功能，可以將三個(gè)模塊拼接成一個(gè)系統來(lái)實(shí)現二極管UI特性曲線(xiàn)的繪制。首先將信號發(fā)生器模塊接在LOTO示波器的擴展口上（信號發(fā)生器模塊只能產(chǎn)生+-4V的電壓范圍，故二極管的反向特性是沒(méi)有辦法測得的，僅可以測正向導通狀態(tài)下的UI特性曲線(xiàn)）。信號發(fā)生器可以提供二極管兩端的激勵信號，可以是三角波也可以是鋸齒波，本次實(shí)驗以三角波為例。激勵信號加在二極管兩端是（正向導通），二極管兩端的電流隨著(zhù)激勵源的變化而變化，要測得電流，我們就得用到電流模塊，該模塊通過(guò)擴展口拼接在LOTO示波器上，實(shí)驗連接原理圖如圖2所示。波器可以測得二極管兩端的電壓，當信號源激勵電壓在一定的范圍里時(shí)，可以通過(guò)李薩如繪圖（電壓隨時(shí)間變化的值為橫軸，電流隨電壓變化的值為縱軸）將電流電壓曲線(xiàn)用繪制在一個(gè)坐標系下，得到的曲線(xiàn)就是二極管的UI特性曲線(xiàn)。

圖2. 實(shí)驗原理圖

      調整信號發(fā)生器輸出的三角波偏置，（-1.5V-3.5V），電壓在此范圍可以很好的讓二極管處于正向導通狀態(tài)，方便之后UI曲線(xiàn)的測定。我們先來(lái)看一個(gè)周期內的狀態(tài)，當電壓值從-1.5V到3.5V變化時(shí)，流經(jīng)二極管的電流也會(huì )隨電壓的變化而變化，在UI特性曲線(xiàn)上來(lái)看就是縱坐標的電流I，隨著(zhù)橫坐標U的變化而變化，當信號發(fā)生器輸出電壓從3.5V到-1.5V時(shí)，此過(guò)程為上一個(gè)過(guò)程的反過(guò)程，相當于再一次描了一遍UI特性曲線(xiàn)，從此往復循環(huán)，便可得到在范圍內的任意電壓值對應的電流值。電壓變化連續，電流變化也是連續的，如圖3所示。通過(guò)X-Y繪圖便可得到UI特性曲線(xiàn)。                                                            

圖3. 電壓（藍）電流（黃）曲線(xiàn)

      電壓曲線(xiàn)為什么三角波底下是完整的，頂上缺了一點(diǎn)？這是因為超過(guò)它的導通電壓被它導通了，所以電壓被拉下來(lái)了。黃色的是電流曲線(xiàn)，可以看到，在電壓為負時(shí)，電流是被截止的，此時(shí)的電流為反向飽和電流。

現在我們打開(kāi)數學(xué)通道里面的xy繪圖，如圖4，便是二極管的UI特性曲線(xiàn)，由圖片看出，二極管的正向導通電壓在0.7V左右。

   圖4. LOTO示波器繪制的UI特性曲線(xiàn)

注意事項：

1.      二極管帶色環(huán)的一端為負極，實(shí)驗時(shí)注意極性；

2.      本實(shí)驗使用的是OSCA02F版本示波器，是帶信號發(fā)生器的版本，信號發(fā)生器輸出信號可以在上位機上面設置；

3.      電流模塊用到i01型號，可測到毫安級，本次實(shí)驗選擇+-40毫安的量程，最大可以達到+-125毫安，精度比較高，可直接插在擴展口上，在上位機上使用時(shí)也要注意型號選擇正確；

4.      測二極管兩端的電壓，打到 ×1檔， 并在二極管兩端。上位機使用時(shí)，不要超過(guò)量程。否則會(huì )報警；

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