实验一、二极管特性的研究

一、题目

研究二极管对直流量和交流量表现的不同特点。

二、仿真电路

在这里插入图片描述 ( a ) 直流电源电压为 1 V 的情况 (a)直流电源电压为1V的情况 (a)直流电源电压为1V的情况在这里插入图片描述
( b ) 直流电源电压为 4 V 时的情况 (b)直流电源电压为4V时的情况 (b)直流电源电压为4V时的情况 图 1 二极管静态和动态电压的测试 图1\kern 3pt二极管静态和动态电压的测试 1二极管静态和动态电压的测试仿真电路如图1所示。因为只有在低频小信号下二极管才能等效成一个电阻,所以图中交流信号为1 kHz、数值为10 mV(有效值)。由于交流信号很小,输出电压不失真,故可以认为直流电压表(测平均值)的读数是电阻上直流电压值。

三、仿真内容

(1)在直流电流不同时二极管管压降的变化。利用直流电压表测电阻上电压。从而得到二极管管压降。
(2)在直流电流不同时二极管交流等效电阻的变化。利用示波器测得电阻上交流电压的峰值,从而得到二极管交流电压的峰值。

四、仿真结果

仿真结果如下表所示,表中交流电压均为峰值。

直流电源 V2/V交流信号 V1/mVR直流电压表读数 U R U_R URR交流电压 U r U_r Ur/mV二极管直流电压 U D U_D UD/V二极管交流电压 U d U_d Ud/mV
114.123353.852 mV13.1690.646148 ≈ \approx 0.65V0.954
414.1243.296 V14.0140.704 V0.11

注:10mV的有效值应该对应的峰值为14.14mV,因为峰峰值是有效值的 2 2 2\sqrt{2} 22 倍,这里以测量的数据为准。

五、结论

(1)比较直流电源在1V和4V两种情况下二极管的直流管压降可知,二极管的直流电流越大,管压降越大,直流管压降不是常量。
(2)比较直流电源在1V和4V两种情况下二极管的交流管压降可知,二极管的直流电流越大,其交流管压降越小,说明随着静态电流的增大,动态电阻将减小;两种情况下电阻的交流压降均接近输入交流电压值,说明二极管的动态电阻很小。

对于大学物理实验中的二极管伏安特性研究,以下是整合的信息: 二极管半导体器件,具有非线性的电流电压(I-V)关系。这种I-V关系被称为伏安特性曲线,在正向偏置条件下表现为随着施加的电压增加而急剧上升的电流;而在反向偏置情况下,则通常表现出非常低的漏电水平直到达到击穿电压。 ### 实验目的 了解和掌握PN结二极管的工作原理及其基本电气特性,学会绘制伏安特性曲线,并理解这些性质如何影响实际应用。 ### 实验设备 - 可调直流电源 - 微安表或者毫安表用于测量电流 - 万用表设置成电压档来读取两端电压 - 各种类型的二极管(例如硅整流二极管、发光二极管等) - 连接导线和其他必要的辅助器材 ### 测量过程 为了获得完整的伏安特性数据,需要逐步改变所施加给二极管上的电压值,同时记录对应的通过它的电流强度。这可以通过调整直流电源输出并在不同设定点处稳定下来完成。每次更改之后都应等待足够长的时间以确保系统已经达到了稳态条件再进行下步骤的数据采集工作。 ### 数据处理与分析 收集到足够的数据点后可以利用图表软件制作出精确直观的图形表示形式——即所谓的“伏安特性图”。从这条曲线上能够观察到诸如开启电压、饱和电流以及最大额定功率等工作参数的具体数值。此外还可以计算些重要的性能指标比如动态电阻rd = ΔV/ΔI (在特定区域内的平均斜率),这对于评估元件的质量好坏至关重要。 ### 注意事项 当涉及到高频率信号源或是大功率场合下的测试时要格外小心谨慎,避免因不当操作造成人身伤害或损坏仪器仪表的风险。另外也要注意保护好被测样品本身以免由于过热等原因导致永久性损伤。 ### 结果讨论 根据得到的结果对比理论模型预测情况作出合理的解释说明可能存在的偏差原因所在之处。如果发现异常现象则需进步探究背后隐藏的问题根源并提出改进建议方案供后续参考借鉴之用。
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