二极管的特性 二极管(PN结)的电流与电压特性

二极管的电流与电压特性可以使用ADALM2000模块和以下连接来测量。蓝色方框表示ADALM2000板的连接位置。在面包板搭建电路，波形发生器的输出W1连接到电阻的一端。2+示波器输入也连接到此处。电阻的另一端连接到二极管的一端，如图1所示。2-示波器输入和1+示波器输入连接到电阻的第二端。二极管的另一端和1-示波器输入连接到地。

图1.二极管I/V曲线的连接图

硬件设置

波形发生器配置为100Hz三角波，幅度为6V，偏移为0V。示波器通道2的差分输入（2+、2-）用于测量电阻（和二极管）中的电流。示波器通道1的单端输入(1+)用于测量二极管两端的电压（1-输入可以接地）。示波器通道1设置为每格500mV，通道2也设置为每格500mV。流过二极管ID的电流是通道2测得的电压除以电阻值（本例中为1kΩ）的结果。使用XY显示模式在x轴上绘制二极管两端的电压（示波器通道1），在y轴上绘制二极管中的电流（示波器通道2）。

图2.电流与电压，线性坐标系.

步骤

图3.电流与电压（线性坐标系使用Scopy绘图）

图4.电流与电压（线性坐标系使用Excel绘图）将捕获的数据加载到Excel等电子表格程序中，计算二极管电流ID。绘制电流与二极管两端电压的曲线。二极管电压和电流的关系是对数式的。如果在对数坐标系上绘制，结果应为直线，如图5所示。

图5.电流与电压，对数坐标系

问题

给定二极管两端的电压ID，二极管电流VD的数学表达式是什么？

二极管特性的进一步探讨

测量多个1N914二极管在固定VD时的二极管特性ID,ADALP2000模拟器件套件中应该有四个二极管，您可以请求与实验室伙伴交换，获得更多样品。计算测量结果的平均值和变异系数（CV，定义为标准偏差除以平均值的百分比）。讨论您观测到的变化量，这常常是半导体工程师所说的工艺偏差的测量指标。

用发光二极管(LED)替换1N914二极管。ADALP2000模拟器件套件中应当有红光、黄光、绿光和红外LED。给定二极管两端的电压ID时，LED的二极管电流VD的数学表达式是否与1N914相似？它们在什么方面相似，在什么方面不同？红光、黄光和绿光LED是否以相同的正向电压开启？

2a.半波整流器

目标

本次实验的目的是研究二极管作为半波整流器的用途。

材料

一个电阻（4.7kΩ或其他类似值）

一个小信号二极管（1N914或类似元件）

指导

设置面包板二极管的特性，波形发生器输出W1连接到二极管的一端。二极管的另一端连接到负载电阻的一端，如图6所示。负载电阻的另一端接地。示波器通道2的单端输入(2+)也连接到电阻的未接地端（2-输入可以接地）。

图6.半波二极管整流器的连接图

硬件设置

波形发生器配置为100Hz正弦波，幅度为6V，偏移为0V。示波器通道2(2+)用于测量负载电阻RL两端的电压。两个示波器通道均应设置为每格500mV。

图7.半波二极管整流器面包板电路

步骤

使用Scopy工具中的示波器功能绘制这两个波形。

图8.半波整流波形

问题

为什么整流输出的峰值小于交流输入的峰值？小多少？在输入波形的什么位置整流波形变为正（零点以外的位置）？如果二极管的方向反转会发生什么？将二极管的方向反转并重复实验。

进一步探索

用发光二极管代替1N914二极管。您可能需要将AWG1幅度增加到10V，以适应LED的更高正向压降。

整流输出波形与之前使用1N914二极管的结果相比如何？正偏压降提高多少？

用三种不同的波形做实验，波形发生器保持设置为100Hz，注意LED的亮度。讨论您观察到的波形和亮度，并将这些观察结果与您测得的每个波形的有效直流值联系起来。

降低波形发生器频率，将频率设置为0.2Hz（每五秒一个周期）。当波形发生器频率为1Hz或更低时，讨论每种波形（共三种）所对应的LED光强度。