非线性电阻伏安特性研究 设计性试验

【实验目的】

1．测量二级管的伏安特性曲线。

2．了解二级管的单向导电特性。

3．正确选择测量电路以减少伏安法中的系统误差。

【实验仪器】

直流电流表、电压表、滑线变阻器、电阻箱、晶体二极管和直流电源等。

【实验原理】

如图3—2—1（a）所示，P—N结具有单向导向的特性，常用图3—2—1（b）所示的符合表示。根据制作二极管时所用半导体材料的不同，又分为锗二极管、硅二极管等。二极管的典型伏安特性曲线如图3—2—2（a）所示，同图（b）和（c）分别是它的正、反向测试电路。当二极管两端的电压U为零时，电流I也应为零，所以特性曲线从坐标原点开始。

图3—2—1 图3—2—2

由特性曲线看出，当二极管为正向接法时，随着电压U的逐渐增加，电流I也增加。但在开始一段，由于外加电压很低，这时P—N结的内电场对载流子的运动仍起阻挡作用，基本上没有电流流过P—N结，这一段称为死区。硅管的死区电压约为0～0.5V（图中OB）之间，锗管的死区电压约为0～0.2V（图中OA）之间。当外加电压U超过死区电压以后，电流随电压的上升就增加得很快。但要注意，电流不要超过其最大允许值，否则将因过热而损坏管子。并且，在一定的工作电流下，管子的压降通常越小越好。正向电流和正向压降是二极管正向特性的两个主要参数。

当二极管反向接法时，在反向电压不太高的情况下，只有由少数载流子形成的反向电流，反向是电流的数值仅仅同少数载流子的多少有关，而与反向电压的大小几乎无关（室温下硅管小于几微字，锗管因热激发比硅管容易得多，少数载流子较多，一般为几十微安）。反向电流是衡量二极管反向特性的一个重要参数，反向电流大，管子性能差。当反向电压增加到一定数值时，外电场将半导体内被束缚的电子强行拉出来，造成反向电流突然剧增，这种现象称为反向击穿。一般手册中均给出最大反向击穿电压，注意使用时不要超过这个数值。

从二极管的伏安特性可以看出：

1．二极管是一种非线性元件，它的正向特性和反向特性都是非线性的。

2．二极管具有单向导电性能，即P—N结正向导通时电阻很少，反向截止时电阻很大。

3．正向导通时，管子的正向压降很少，一般情况下，硅管约为0.7V，锗管约为0.3V左右。

4．硅二极管与锗二极管的主要区别在于：锗管的正向电流比硅管上升得快，正向压降较小。但锗管的反向电流比硅管的反向电流大得多，所以锗管受温度的影响比较明显。

【实验内容】

1．利用“伏安法测电阻”判断二极管的正负极。

2．设计测量电路：

（1）为了减少测量时的系统误差，必须根据二极管的正向电阻很小、反向电阻很大这一特点，选择合适的测量电路。

（2）由于二极管的正向电压很小，因此必须考虑电压的微调。

3．测量二极管的正反向特性曲线并作图。

【注意事项】

1．测量二极管正向伏安特性时，毫安表读数不得超过二极管允许通过的最大正向电流值。

2．测量二极管反向伏安特性时，加在二极管上的电压不得超过管子允许的最大反向电压。

实验时，如果违反了上述任一条规定，都将损坏二极管