大连海洋大学：《大学物理实验》课程教学资源（讲义）电学元件伏安特性曲线的研究

电学元件伏安特性曲线的研究实验目的实验仪器实验步骤实验原理数据处理大连海洋大学

电学元件伏安特性曲线的研究 实验目的 实验仪器 实验原理 实验步骤 数据处理 大连海洋大学

√实验目的·1.通过晶体二极管伏安特性曲线，了解半导体整流特性。·2.通过晶体二极管与电阻R串、并接时的伏安特性曲线，了解伏安特性曲线的图形相加。·3.通过比较整流二极管与稳压二极管的伏安特性，了解并区别它们的不同点。?大连海洋大学

• 1.通过晶体二极管伏安特性曲线，了解半导体 整流特性。 • 2.通过晶体二极管与电阻R串、并接时的伏安 特性曲线，了解伏安特性曲线的图形相加。 • 3.通过比较整流二极管与稳压二极管的伏安特 性，了解并区别它们的不同点。 大连海洋大学 ¾实验目的

>实验仪器1.稳压电源一台，晶体二极管两只：2.直流电压、电流表各1只；3. 电阻箱,可变电阻器各1只：4.导线若干。?大连海洋大学

大连海洋大学 1.稳压电源一台，晶体二极管两只； 2.直流电压、电流表各1只； 3.电阻箱，可变电阻器各1只； 4.导线若干。 ¾实验仪器

>实验原理1.晶体二极管的正反向伏安特性曲线U图1晶体二极管的正反向伏安特性曲线大连海洋大学

1.晶体二极管的正反向伏安特性曲线 大连海洋大学 图 1 晶体二极管的正反向伏安特性曲线 ¾实验原理

p型半导体与n型半导体互相接触时，两者之间形成阻挡层称为p-n结，该结的电场是由n区指向p区。当p一n结正向连接（即p接正，n接负）时，外电场的方向与该结原来的电场方向相反，它减弱了结的电场，使阻挡层变薄。正向电流随之迅速增大。这时通过晶体二极管两端的电压与电流的关系称为晶体二极管的正向伏安特性，如图1中的①所示。当p一n结反向连接（即p接负，n接正）时，外电场的方向与该结原来电场方向一致，使阻挡层增厚。此时，仅是少数载流子在外电场的作用下起导电作用，形成微弱的反向电流。这时通过晶体二极管两端的电压与电流的关系称为晶体二极管的反向特性，如图1中的②所示。大连海洋大学

大连海洋大学 p型半导体与n型半导体互相接触时，两者之间形成阻挡层称为p －n结，该结的电场是由n区指向p区。 当p－n结正向连接（即p接正，n接负）时，外电场的方向与该 结原来的电场方向相反，它减弱了结的电场，使阻挡层变薄。正向 电流随之迅速增大。这时通过晶体二极管两端的电压与电流的关系 称为晶体二极管的正向伏安特性，如图1中的①所示。 当p－n结反向连接（即p接负，n接正）时，外电场的方向与该 结原来电场方向一致，使阻挡层增厚。此时，仅是少数载流子在外 电场的作用下起导电作用，形成微弱的反向电流。这时通过晶体二 极管两端的电压与电流的关系称为晶体二极管的反向特性，如图1中 的②所示

2.晶体二极管与电阻R串联、并联时的正向伏安特性曲线（1）晶体二极管与电阻R串联时,晶体二极管可看成一个非线性电阻。因此晶体二极管与电阻R串联即为两个电阻串联。这时总电压等于晶体二极管两端的电压加电阻R两端的电压，通过它们的电流是相同的。所以，晶体二极管与电阻R串联时的伏安特性曲线，等于晶体二极管的特性曲线与电阻R串联的伏安特性曲线在电流相同的情况下两个图形的相加。如图2所示。大连海洋大学

大连海洋大学 （1）晶体二极管与电阻R串联时，晶体二极管可看成一 个非线性电阻。因此晶体二极管与电阻R串联即为两个电 阻串联。这时总电压等于晶体二极管两端的电压加电阻R 两端的电压，通过它们的电流是相同的。所以，晶体二 极管与电阻R串联时的伏安特性曲线，等于晶体二极管的 特性曲线与电阻R串联的伏安特性曲线在电流相同的情况 下两个图形的相加。如图2所示。 2.晶体二极管与电阻R串联、并联时的正向伏安特性曲线

UU图2二极管与电阻R串联的图3二极管与电阻R并联的正向伏安特性曲线正向伏安特性曲线大连海洋大学

大连海洋大学 图 2 二极管与电阻R串联的 正向伏安特性曲线 图 3 二极管与电阻R并联的 正向伏安特性曲线

(2）晶体二极管与电阻并联接可视为两电阻并联。这时它们的电压相同,其电流等于流过晶体二极管的电流与电阻R的电流之和，因此，晶体二极管与电阻R并联时的伏安特性曲线等于单独测的晶体二极管伏安特性曲线与电阻R的伏安特性曲线在电压相同情况下两个图形的相加。如图3所示。一大连海洋大学

大连海洋大学 （2）晶体二极管与电阻并联接，可视为两电阻并 联。这时它们的电压相同，其电流等于流过晶体二 极管的电流与电阻R的电流之和，因此，晶体二极管 与电阻R并联时的伏安特性曲线等于单独测的晶体二 极管伏安特性曲线与电阻R的伏安特性曲线在电压相 同情况下两个图形的相加。如图3所示

>实验步骤1.晶体二极管伏安特性的测量(1)按图5接好电路，测量正向伏安特性。（2）选取适当的测量参数，包括电源电压、、电压表量程、电流表量程、Rs值，R调节.使电压表分别达到所选取的数值，并记下相应的电流值。（3）参考图5，使晶体二极管反接，并去Rs掉，重新选取适当XRE0测量参数，调节R使电压表分别-Rs达到所选取的数值，并记下相应图5二极管伏安特性测量电路图的电流值。大连海洋大学

1.晶体二极管伏安特性的测量 （1）按图5接好电路，测量正向伏安特性。 （2）选取适当的测量参数，包括电源电压、电压表量程、 电流表量程、Rs值，R H 调节，使电压表分别达到所选取的数 值，并记下相应的电流值。 （3）参考图5，使晶体二极管 反接，并去Rs掉，重新选取适当 测量参数，调节R H使电压表分别 达到所选取的数值，并记下相应 的电流值。 大连海洋大学 ¾实验步骤 图 5 二极管伏安特性测量电路图

2.电阻Ro的伏安特性测量选取合适的电源电压，电压表、电流表量程，，至少测量6组数据。3.晶体二极管与电阻Ro串、并联正向伏安特性测量（1）在上图中，把Ro与晶体二极管并联，调节R使电压表分别达到所选取的数值，并记下相应的电流值。（2）在上图中，把Ro与晶体二极管串联，调节RH使电压表分别达到所选取的数值，并记下相应的电流值。4.稳压二极管的正反向伏安特性测量（参考1中的步骤）5.将1、2、3中所测的数据以电压U为横坐标，电流为纵坐标，绘制U-I曲线。并标明属于种情况的图线，并分析变化情况。7大连海洋大学

2.电阻R0的伏安特性测量 选取合适的电源电压，电压表、电流表量程，至少测量6组 数据。 3.晶体二极管与电阻R0串、并联正向伏安特性测量 （1）在上图中，把R0与晶体二极管并联,调节RH使电压表 分别达到所选取的数值，并记下相应的电流值。 （2）在上图中，把R0与晶体二极管串联，调节RH使电压表分 别达到所选取的数值，并记下相应的电流值。 4.稳压二极管的正反向伏安特性测量（参考1中的步骤） 5.将1、2、3中所测的数据，以电压U为横坐标，电流为纵坐 标，绘制 U-I曲线。并标明属于哪种情况的图线，并分析 变化情况。 大连海洋大学