二極管反向飽和電流取值的實(shí)驗(yàn)分析

1、二極管反向飽和電流取值的實(shí)驗(yàn)分析物理學(xué)2006屆 黃勃勃 指導(dǎo)教師 楊德甫（延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，陜西 延安，716000）摘 要：用大范圍小間隔的實(shí)驗(yàn)方法確定二極管的飽和電流是一種比較合理的方法。關(guān)鍵詞：二極管; 反向飽和電流; 電流方程; 區(qū)段在利用二極管電流方程 求玻爾茲曼常數(shù)時(shí)，需先求出二極管的反向電流。但是對(duì)二極管反向飽和電流的測(cè)量方法目前存在一些不夠明確的觀(guān)點(diǎn)。如有的人認(rèn)為應(yīng)將二極管反向電壓從“19V取值” ，然后根據(jù)反向特性表的數(shù)據(jù)可求得二極管的飽和電流值；而有的則認(rèn)為在測(cè)二極管反向伏安特性時(shí)應(yīng)“從零開(kāi)始逐漸增加電源電壓，讀取二極管兩端電壓每改變1V時(shí)，流過(guò)二極管的電流值，

2、一共測(cè)10組左右數(shù)據(jù)”。還有的人認(rèn)為，取1V時(shí)，“反向電流達(dá)到飽和”4。但在實(shí)際測(cè)量時(shí)，按照前兩種方法都無(wú)法得到飽和電流值。那么究竟怎樣才能比較正確地測(cè)得反向飽和電流呢？由于每個(gè)半導(dǎo)體二極管的具體情況都不一樣，所以，在實(shí)際測(cè)量中，我們發(fā)現(xiàn)用實(shí)驗(yàn)分析的方法較為妥當(dāng)，下邊，對(duì)這一方法作一介紹，以便交流。實(shí)驗(yàn)方法由于二極管的反向電阻較大（幾十萬(wàn)歐姆），電壓表內(nèi)阻也較大，而電流表內(nèi)阻相對(duì)較小（幾歐姆至幾十歐姆），所以在測(cè)量中采用了伏安法中電流表內(nèi)接的方法(如圖1)。為了提高測(cè)量的精度，在電流較小區(qū)段（如1A以下）采用了光點(diǎn)反射式檢流計(jì)測(cè)定電流。大于1A的情況下采用數(shù)字式電流表測(cè)定電流。電壓數(shù)值的測(cè)量采

3、用數(shù)字式電壓表。待測(cè)二極管分別是硅二極管（ 2CZ82A ）和鍺二極管（2AP9）。實(shí)驗(yàn)電路如下圖：AVEKR0圖1 測(cè)二極管反向電阻電路圖測(cè)量數(shù)據(jù)表 硅二極管反向電壓、電流測(cè)量數(shù)據(jù)表 U/V0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.55I/A0.0150.0250.0300.0400.0450.0480.0500.0510.0550.0600.060U/V0.600.650.700.750.800.850.900.951.001.051.10I/A0.0600.0650.0670.070.070.070.0720.0760.0780.0790.080

4、U/V1.151.201.251.301.351.401.451.501.551.601.65I/A0.0820.0830.0840.0850.0900.0900.0910.0910.0920.0930.095U/V1.701.751.801.851.901.952.002.052.102.152.20I/A0.0970.0980.0990.1000.1000.1010.1020.1050.1080.1080.108U/V2.252.302.352.402.452.502.552.602.652.702.75I/A0.1090.1090.1090.1090.1120.1160.1170.119

5、0.1210.1210.121U/V2.802.852.902.953.003.053.103.153.203.253.30I/A0.1220.1230.1240.1250.1270.1280.1290.1300.1310.1320.133U/V3.353.403.453.503.553.603.653.703.753.803.85I/A0.1350.1370.1380.1390.1400.1400.1400.1410.1420.1430.146U/V3.903.954.004.054.104.154.204.254.304.354.40I/A0.1480.1490.1500.1500.150

6、0.1510.1510.1510.1520.1550.156U/V4.454.504.554.604.654.704.754.804.854.904.95I/A0.1580.1590.1600.1600.1620.1640.1660.1680.1690.1700.171U/V5.005.055.105.155.205.255.305.355.405.455.50I/A0.1720.1730.1740.1750.1770.1780.1790.1810.1820.1830.185U/V5.555.605.655.705.755.805.855.905.956.006.05I/A0.1860.187

7、0.1880.1890.1900.1910.1920.1930.1940.1950.196測(cè)量數(shù)據(jù)表2鍺二極管反向電壓、電流測(cè)定數(shù)據(jù)表 U/V0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.55I/A0.50.60.60.60.70.70.70.80.80.80.8U/V0.600.650.700.750.800.850.900.951.001.051.10I/A0.80.80.90.90.90.90.91.01.01.01.0U/V1.151.201.251.301.351.401.451.501.551.601.65I/A1.01.01.01.01.11

8、.11.11.11.11.11.1U/V1.701.751.801.851.901.952.002.052.102.152.20I/A1.21.21.21.21.21.21.21.31.31.31.3U/V2.252.302.352.402.452.502.552.602.652.702.75I/A1.31.31.41.41.41.41.41.41.41.41.5U/V2.802.852.902.953.003.053.103.153.203.253.30I/A1.51.51.61.61.61.61.71.71.71.71.7U/V3.353.403.453.503.553.603.653.7

9、03.753.803.85I/A1.71.71.81.81.81.81.81.81.81.81.9U/V3.903.954.004.054.104.154.204.254.304.354.40I/A1.91.91.91.91.92.02.02.02.02.02.0U/V4.454.504.554.604.654.704.754.804.854.904.95I/A2.02.12.12.12.12.12.12.22.22.22.2U/V5.005.055.105.155.205.255.305.355.405.455.50I/A2.22.32.32.32.32.32.32.32.32.42.4U/

10、V5.555.605.655.705.755.805.855.905.956.006.05I/A2.42.42.42.52.52.52.52.62.62.62.6U/V6.106.156.206.256.306.356.406.456.506.556.60I/A2.62.62.62.62.62.62.72.72.72.72.7U/V6.656.706.756.806.856.906.957.007.057.107.15I/A2.72.82.82.82.92.92.92.92.93.03.0U/V7.207.257.307.357.407.457.507.557.607.657.70I/A3.0

11、3.23.23.23.23.23.33.33.33.43.4U/V7.757.807.857.907.958.008.058.108.158.208.25I/A3.43.53.53.53.53.63.63.63.63.73.7U/V8.308.358.408.458.508.558.608.658.708.758.80I/A3.83.83.83.83.83.94.04.04.04.14.1U/V8.858.908.959.009.059.109.159.209.259.309.35I/A4.24.24.24.34.34.44.44.54.64.64.6U/V9.409.459.509.559.

12、609.659.709.759.809.859.90I/A4.74.84.84.94.94.94.95.05.15.25.2U/V9.9510.0010.0510.1010.1510.1710.2310.3110.3910.4410.52I/A5.35.35.35.35.45.55.65.75.85.96.0U/V10.5710.6410.7010.7710.7910.8910.9611.0111.0411.1011.16I/A6.16.26.36.46.56.66.76.86.97.07.1U/V11.2111.3011.3211.4011.4511.4911.5311.5711.6611.

13、7011.79I/A7.27.37.47.57.67.77.87.98.08.18.2U/V11.8411.9011.9411.9511.9912.0512.0712.0912.1312.1612.20I/A8.38.48.58.68.78.88.99.09.19.29.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 由表一可知，當(dāng)硅管反向電流數(shù)值為0.151A（此時(shí)所對(duì)應(yīng)的反向電壓為4.15V）時(shí)，二極管反向電流已達(dá)飽和，因?yàn)樵谶@之后電流始終隨反向電壓的升高而增大（存在較大漏電流4）。同樣，由表二可知，所測(cè)鍺二極管反向飽和電流為5.3A（對(duì)應(yīng)的反向電壓為9.95V）。在求得一組正向電流數(shù)值后，將以上方法所得到的反向飽和電流

14、數(shù)值代入二極管電流方程所得到的玻爾茲曼常數(shù)值比用其它方法所得的值誤差均?。〝?shù)據(jù)從略）。從以上分析可知，要正確測(cè)定二極管反向飽和電流，應(yīng)注意以下三個(gè)方面：1 應(yīng)使反向電壓在充分大的范圍內(nèi)變化，并應(yīng)注意對(duì)不同型號(hào)的二極管取值范圍應(yīng)不同（如硅管為05V，鍺管為010V）。之所以要使反向電壓在充分大的范圍變化，是因?yàn)檫@樣可以找到反向電流最后保持不變的區(qū)段。2 測(cè)量間隔要足夠小。實(shí)驗(yàn)中宜取0.05V。如果測(cè)量反向電流的間隔取得較大（如1V）則將觀(guān)察不到反向電流保持不變的區(qū)段，從而無(wú)法測(cè)得反向飽和電流。3存在的問(wèn)題由以上兩表的測(cè)量數(shù)值還可看到： 無(wú)論是硅二極管還是鍺二極管，在反向電流達(dá)到飽和之前都存在一些

15、電流數(shù)值保持不變的區(qū)段。 鍺二極管在達(dá)到反向飽和電流之后電流雖然隨電壓的升高而增大，但并非線(xiàn)性關(guān)系，這種情況僅用漏電流的原因是無(wú)法解釋的。這兩種現(xiàn)象的機(jī)理從目前所能查到的資料中還未有這方面的論述，這需作進(jìn)一步的研究。參考文獻(xiàn)1楊述武.普通物理實(shí)驗(yàn)（二 電磁學(xué)部分） M.北京， 高等教育出版社，1985，462楊述武.普通物理實(shí)驗(yàn)（二 電磁學(xué)部分） M.北京， 高等教育出版社,2000，57 3段長(zhǎng)虹.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) M.廣州，華南理工大學(xué)出版社， 2005，63 4孫新義.伏安法測(cè)二極管反向飽和電流的討論J.物理實(shí)驗(yàn)，長(zhǎng)春， 1989，575電子線(xiàn)路教材編輯組 電子線(xiàn)路（上冊(cè)）J.北京，人民教育

16、出版社， 1980，5Experiment Analysis of Diodes Reverse Saturation Current and Currents valuePhysics 2006 HuangBo-bo Turtor YangDe-fu（College of Physics and Electronics Information, Yanan University，Yanan 716000，China）Abstract：It is a well reason methed that with experiment method of a large of area and small spacing ascertain saturation