试验六pn二极体之传输特性.doc

實驗六 ＰＮ二極體之傳輸特性 假如你有吹頭髮的吹風機，請實驗時帶來，一組只要一支就夠了！ 零件 二極體1N4148 一枚； 稽納二極體6.2V 一枚； 精密電阻1k?、1M? ； 一枚； 藍光LED 一枚。 量測二極體之電壓電流關係並和已知之公式比較。 相關知識 二極體之種類及基本傳導特性； 稽納二極體； 基本測試儀器的使用方法。 二極體的特性 二極體的功能很容易瞭解：它只能讓電流向一個方向流動，有些像單行道，它的符號就如同它的功能： + - + - 另外有一件事得請同學注意，它導通的時候（即電流方向為二極體所指的方向，且夠大）會有約0.6V~0.7V的電壓降，即此單行道不是免費的，It costs something to go through！以上是你在實際用二極體所需知道的東西。 Is that all? Almost！ 為了考慮同學們自覺身為一個物理系學生，好像必須多知道些高貴點的東西，於是乎我們把二極體的電流-電壓特性方程式（I-V characteristics)寫出來讓同學品味驗證： .............（式6.1）。 我先把這奇怪公式裡的符號說明一下：q代表一個電子的電量，kB是波次曼常數（同學有沒有覺得q and kB are something beyong circuits！有點物理高貴的味道），T是溫度（絕對的！）。Is為逆向飽和電流（Reverse Saturation Current），當加在二極體上的電壓Ｖ為負時，式6.1中之exp(qV/?kBT)～0，∴I=-Is，故名之。?為理想參數，和二極體所用的材料和品質有關，一般在1和2之間。在室溫（～300K）時，kBT/q約為25mV，於是式6.1中的物理味沒有了： .............（式6.2）。 二極體的I-V特性圖如下： 崩潰！ 20mA If “BREAKDOWN” 10mA Vcut-in -100v 50v V 0 1v 2v 1A BR 2μA 有關上面二極體I-V圖的幾點說明： 通常二極體在導通時，工作電流～5mA，此時它的壓降約為0.6V（圖中之Vcut-in，或叫切入電壓）。 反向電流很小，即Is1?A。 逆天行道，逆向偏壓太大時，二極體會崩潰，一般二極體一崩潰就回不來了，別試！ 有另外一種特殊的二極體稱為稽納二極體（英文Zener Diode，好怪的名字），它的崩潰是可控制的，而且是可“恢復“的，它的崩潰電壓VBR可固定在某個電壓，例如本實驗所使用的稽納二極體，|VBR|大約是6V。 它的I-V圖大約是： I VBR -6V V 它的符號比較奇怪一點： *** 現在我說明一下實驗中如何由I-V之數據求出式6.1中之?： 先將式6.1左右取log： ， 在順向偏壓時VkBT/q (～25mV)(exp(qV/?kBT)1，上式可改寫為： ， 其中VT=kBT/q。 假如用log I對V做圖，可得一直線，斜率為loge/?VT，縱軸截距為logIs。loge和 VT已知，得斜率即可得知?。 logI V logIs 預習問題 複習補充資料（一）中所有的二極體量測方式，簡單敘述如何判斷二極體的PN接腳。 將程序1的實驗電路圖，用Pspice模擬看看，其IV圖為何種形狀？ 請查閱電子學課本，試解釋二極體的?、VT與IS的意義。 程序 ＜1＞二極體之順向偏壓特性曲線 1. 電路連接如右圖： 1k?精密電阻是用來間接量測通過二極體的電流（If=Vb/1k?）。 調整直流電源供應器的輸出電壓使得If為100?A、200?A、400?A、700?A、1mA、2mA、4mA、7mA及10mA，分別記錄圖中點a及點b對於地（GND）的電壓Va及Vb，二極體上的偏壓可由Va-Vb求得。或是你可以用DVM直接量a、b兩點的電壓差。 2. 在方格紙及半對數紙上畫出I-V曲線。 ＜2＞二極體之逆向偏壓特性曲線 1. 電路和程序＜1＞類似，只是將二極體反向，並且將串聯的1k?電阻換為1M?電阻，如右圖。 調整電源供應器，記錄下當二極體逆向偏壓（即Va-Vb）為1V、2V、3V、4V、5V、6V及7V時之逆向電流值Ir（=Vb/1M?）。 2