二極體之特性與測量 實驗目的 了解一般所使用的矽二極體之特性。 熟悉如何使用三用電表測試二極體之特性、好壞及特性曲線。 了解示波器 X-Y 模式的使用時機與方式。 實驗器材 三用電表、示波器、波形產生器、整流二極體、稽納二極體、電阻 一般二極體特性 二極體是一種將 P-N 接合體封裝結構,結構及電路符號如圖所示,其 2 根引線分別 為陽極(A)與陰極(K),符號上的箭頭表示電流容易通過的方向,另一端則為阻擋電流通過。 1 一般二極體具有單向導通的特性,理想狀態電流只能由陽極(A)流向陰極(K),當外加 電壓正極接到二極體的陽極(A),負極接到二極體陰極(K)時,只要超過順向偏壓的切入電 壓,二極體會呈現低阻力方式讓電流通過,此時稱為順向偏壓,若負極接到二極體的陽 極(A),正極接到二極體陰極(K)時,二極體會呈現極高電阻狀態阻止電流通過,此時稱為 逆向偏壓,若一般二極體逆向偏壓超過容許耐壓值,二極體就崩潰損毀。 二極體電壓電流 V-I 特性 要了解二極體特性,可以使用 V-I 特性曲線,當二極體加入的順向偏壓時低於切入 電壓時,順向電流則無法經過二極體,而順向偏壓一旦超過切入電壓,順向電流就可以 用低電阻狀態通過二極體,切入電壓的大小取決於二極體的材質(矽約 0.6-0.7V,鍺約 0.20.3V 之間),當二極體被加入逆向偏壓時,在未崩潰(損壞)前,逆向電流非常的小,當超 過容許耐壓值二極體就崩潰損毀,因此在選用二極體須注意其耐壓值與注意方向性,以 免損壞元件,此種二極體通常用於整流電路或防止逆向電流等用途。 2 稽納二極體特性 稽納二極體是與一般二極體最大的不同在於提高 P-N 接合體摻雜的比例,限制二極 體通過的逆向電流,使的二極體可以穩定的工作於逆向電壓中,因此常用來作為穩壓使 用,所以又被稱為穩壓二極體,封裝結構及電路符號如圖所示, 稽納二極體電壓電流 V-I 特性 當稽納二極體加入的順向偏壓時低於切入電壓時,順向電流則無法經過二極體,而 順向偏壓一旦超過切入電壓,順向電流就可以用低電阻狀態通過二極體,此狀態與一般 二極體相同,當二極體被加入逆向偏壓時,逆向電壓小於崩潰電壓時,逆向電流非常的 小,也與一般二極體相同,然而當逆向偏壓超過崩潰電壓時,通過二極體的電流就會大 幅增加,當 I Z 在 I MIN 及 I MAX 之間時,V Z 電壓會保持不變,達到穩壓功能,不過 I Z 一但超 過 I MAX ,稽納二極體則會燒毀,因此需要在電路加入一個電阻,防止稽納二極體燒毀。 3 實驗紀錄及表格 二極體偏壓測量 測量所有不同形式的二極體,利用三用電錶的二極體檔位,測量順向偏壓及逆向偏壓值 並填於表內,若無法測量請畫 X。 元件 一般二極體 偏壓 順向 逆向 偏壓值 4 稽納二極體 發光二極體 順向 順向 逆向 逆向 二極體電壓電流 V-I 特性 利用麵包板完成圖中接線,R1 使用 1K,D 先使用一般二極體,Vin 使用波形產生器, 正弦波 10V P-P,500HZ,CH1 接到二極體 2 端,CH2 接到電阻 2 端(留意接頭極性),先用 YT 模式,測量其波形,在使用游標功能,標示順向偏壓的電壓。 接下來示波器時基改用 X-Y 模式,此時 Ch1 輸入為 X 軸電壓,Ch2 輸入為 Y 軸電壓, Y 軸用來模擬電流曲線,將 X 軸及 Y 軸調整至 0V 的基準線,並將 CH2 調整為反向顯示, 觀察二極體特性曲線,使用游標功能標示順向導通電壓,並紀錄於圖表。 將二極體改為稽納二極體重複上面步驟,並將波形產生器的電壓依次設定為 5V、 10V 及 15V,觀察二極體特性曲線,使用游標功能標示順向偏壓及逆向崩潰電壓,紀錄 於圖表中。 5 二極體特性曲線 YT 模式(拍照或手繪均可) 二極體特性曲線 XY 模式(拍照或手繪均可) 稽納二極體特性曲線 XY 模式 5V(拍照或手繪均可) 稽納二極體特性曲線 XY 模式 10V(拍照或手繪均可) 稽納二極體特性曲線 XY 模式 5V(拍照或手繪均可) 6 稽納二極體穩壓功能 利用麵包板完成圖中接線,R1 使用 500,ZD 使用稽納二極體,V 使用電源供應器 8V,先不接 R2 測量稽納二極體兩端電壓,之後將 V 調高到 12V,在測量稽納二極體兩 端電壓,確認穩壓功能正常工作後,在接上 R2 的 1K 電阻,測量 I 1 、I 2 及 I Z 電流,嘗試 計算是否與測量結果相近。 V 8V(未接 R2) 12V(未接 R2) 12V(接上 R2) I1 I2 IZ ZD 電壓 V=12V(接上 R2) 電流測量值 電流計算值 7