LOTO示波器：秒測UI特性曲線（二極管為例）

LOTO2018

      本文章主要介紹用LOTO示波器、信號發(fā)生器模塊和電流差分模塊測二極管UI特性曲線的案例，當(dāng)然還可以用該套設(shè)備測三極管、場效應(yīng)管、穩(wěn)壓管和一般的PN結(jié)。圖1為PN結(jié)的UI特性曲線，可以看到，當(dāng)電壓U增大到一定的值時(shí)，流過PN結(jié)的電流會迅速變化，我們稱這個(gè)電壓為導(dǎo)通電壓，不同材料的導(dǎo)通電壓不同，硅管的0.7V，鍺管的0.3V，用途有整流用的，有開關(guān)用的，各種二極管，它的曲線不太一樣，當(dāng)PN結(jié)兩端的電壓加到零點(diǎn)幾伏的時(shí)候，它兩端的電壓就不會繼續(xù)升高了，只是電流在增大。

圖1. 二極管UI特性曲線

     PN結(jié)反向特性：當(dāng)PN結(jié)兩端加反向電壓時(shí)，反向電壓值較小時(shí)，電流幾乎為零，此時(shí)的電流為反向飽和電流，當(dāng)反向電壓增加到一定值時(shí)，電壓不會繼續(xù)跟著增大，此時(shí)的反向電流會突然增大，我們稱這個(gè)時(shí)候的PN結(jié)處于反向擊穿狀態(tài)，一般PN結(jié)的反向擊穿電壓是可以從幾伏到幾千伏。

下面，我們用LOTO示波器UI繪圖曲線的功能來測一下二極管的特性曲線。

      實(shí)驗(yàn)原理與方案：基于LOTO示波器的積木式模塊拼接功能，可以將三個(gè)模塊拼接成一個(gè)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)二極管UI特性曲線的繪制。首先將信號發(fā)生器模塊接在LOTO示波器的擴(kuò)展口上（信號發(fā)生器模塊只能產(chǎn)生+-4V的電壓范圍，故二極管的反向特性是沒有辦法測得的，僅可以測正向?qū)�通狀態(tài)下的UI特性曲線）。信號發(fā)生器可以提供二極管兩端的激勵信號，可以是三角波也可以是鋸齒波，本次實(shí)驗(yàn)以三角波為例。激勵信號加在二極管兩端是（正向?qū)�通），二極管兩端的電流隨著激勵源的變化而變化，要測得電流，我們就得用到電流模塊，該模塊通過擴(kuò)展口拼接在LOTO示波器上，實(shí)驗(yàn)連接原理圖如圖2所示。波器可以測得二極管兩端的電壓，當(dāng)信號源激勵電壓在一定的范圍里時(shí)，可以通過李薩如繪圖（電壓隨時(shí)間變化的值為橫軸，電流隨電壓變化的值為縱軸）將電流電壓曲線用繪制在一個(gè)坐標(biāo)系下，得到的曲線就是二極管的UI特性曲線。

圖2. 實(shí)驗(yàn)原理圖

      調(diào)整信號發(fā)生器輸出的三角波偏置，（-1.5V-3.5V），電壓在此范圍可以很好的讓二極管處于正向?qū)�通狀態(tài)，方便之后UI曲線的測定。我們先來看一個(gè)周期內(nèi)的狀態(tài)，當(dāng)電壓值從-1.5V到3.5V變化時(shí)，流經(jīng)二極管的電流也會隨電壓的變化而變化，在UI特性曲線上來看就是縱坐標(biāo)的電流I，隨著橫坐標(biāo)U的變化而變化，當(dāng)信號發(fā)生器輸出電壓從3.5V到-1.5V時(shí)，此過程為上一個(gè)過程的反過程，相當(dāng)于再一次描了一遍UI特性曲線，從此往復(fù)循環(huán)，便可得到在范圍內(nèi)的任意電壓值對應(yīng)的電流值。電壓變化連續(xù)，電流變化也是連續(xù)的，如圖3所示。通過X-Y繪圖便可得到UI特性曲線。                                                            

圖3. 電壓（藍(lán)）電流（黃）曲線

      電壓曲線為什么三角波底下是完整的，頂上缺了一點(diǎn)？這是因?yàn)槌�過它的導(dǎo)通電壓被它導(dǎo)通了，所以電壓被拉下來了。黃色的是電流曲線，可以看到，在電壓為負(fù)時(shí)，電流是被截止的，此時(shí)的電流為反向飽和電流。

現(xiàn)在我們打開數(shù)學(xué)通道里面的xy繪圖，如圖4，便是二極管的UI特性曲線，由圖片看出，二極管的正向?qū)�通電壓�?.7V左右。

   圖4. LOTO示波器繪制的UI特性曲線

注意事項(xiàng)：

1.      二極管帶色環(huán)的一端為負(fù)極，實(shí)驗(yàn)時(shí)注意極性；

2.      本實(shí)驗(yàn)使用的是OSCA02F版本示波器，是帶信號發(fā)生器的版本，信號發(fā)生器輸出信號可以在上位機(jī)上面設(shè)置；

3.      電流模塊用到i01型號，可測到毫安級，本次實(shí)驗(yàn)選擇+-40毫安的量程，最大可以達(dá)到+-125毫安，精度比較高，可直接插在擴(kuò)展口上，在上位機(jī)上使用時(shí)也要注意型號選擇正確；

4.      測二極管兩端的電壓，打到 ×1檔， 并在二極管兩端。上位機(jī)使用時(shí)，不要超過量程。否則會報(bào)警；

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