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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