用示波器显示发光二极管的伏安特性曲线 实验目的:用示波器的X-Y方式显示发光二极管的伏安特性曲线(温度) 仪器与用具:示波器、发光二极管、开关、电流表、电压表、稳压电源、变阻器、标准电阻
预习报告:
一:实验原理:
发光二极管的正向电流与电
压、反向电流与电压之间的关系可
用I,V特性曲线表示，如图给出了
发光管的伏安特性曲线及其符号。
从图中可以看出，给二极管两端加
以正向电压，二极管表现为一个低
阻值的非线性电阻，当正向电压较
小时，正向电流几乎为零，只有当
正向电压超过死区电压(一般硅管约为0.5V，锗管约为0.1V)时，正向电流才明显增大，当正向管压降达到导通时(一般硅管约为0.6,0.7V，锗管约为0.2,0.3V)，管子才处在正向导通状态。迅速增大的电流值有一最大限度，这个最大限度称为二极管的最大正向电流。给二极管两端加以反向电压，二极管表现为一个高阻值电阻。当反向电压较小时，反向电流很小，当反向电压超过反向击穿电压(一般在几十伏以上)后，反向电流会突然增大，二极管处于击穿状态。
如右图，在a、b端接上交流电压(其最大输出电
压的有效值一般为6,8V左右，并能随时调节)若接
上直流电压，屏幕上只显示正向特征曲线。在,、,
之间测出的是近似加在待测元件R0的电压，在,、,
间的是电阻R的电压，这个电压正比于R0的电流强度。
因而将二极管的电压U加到示波器的“X轴输入”端，将二极管的电流转化为电压后加到示波器的“Y轴输入”端，从而在示波器屏上得到伏安特性曲线图象。
我们希望显示图形从原点往右是X轴正向往上是Y轴的正向，在Y轴加正向电压时，光
点往上走，和习惯相同，但对X轴取向，不同示波器有不同情况，连接电路时，根据图形显示情况，可以改变电路的连接方式，使二极管正确的显示。为了正确的显示波形，示波器的Y轴输入和X轴输入要有公共端。
在测二极管伏安特性时，有时受实验室现有仪器设备本身结构的限制，可能示波器Y轴信号被短路，因此在实际电路设计中，取B点作为接地点。这种情况相当于伏安法测量中的电表内接方式，为了减小系统误差，R选用电阻箱，且值尽可能小，消除这个测量误差的影响。
开启GOS-6021双踪示波器电源,方式选择X-Y,调节两个通道POSITION旋钮,使亮点在中心,调节亮度旋钮INTEN和聚焦旋钮FOCUS。通道1,通道2输入耦合选择DC(直流耦合),连接电路如图一,图二所示。
由于示波器的输入电阻较高,图一中的电路相当于安培表外接,这样引入的误差较小。图二电路设计效果也相同只是二极管两端的电压( )为,流经二极管的电流为 。由于示波器的X轴输入和Y轴输入有公共的接地端,在机子内已经连接好,所以设计的线路也必需有公共点(如图一中的C点),否则将导致待测电路短路。
我们以硅稳压二极管(1N4729A)为例进行测量。图三是按图一连接的电路的伏安特性曲线。电源为振幅适当的正弦电压,二极管两端的电压降加在示波器的X轴,控制电子束产生光点的左、右移动,电子束水平偏转与电压成正比。与二极管串联的电阻R上的电压降加在示波器的Y轴上,则荧光屏上的光点就会产生上、下位移。R上的电压降与通过二极管的电流I成正比,因此,Y轴上的电压与I成正比。这样,在示波器荧光屏上可以显示二极管的伏安特性曲线。获得二极管的伏安特性曲线后,在亮线上取点所绘制的图形。实验中我们选择合适的输出信号频率和电压,以及合适的电阻获得合意的图形。
实验出现的问题以及解决方法
在实验过程中存在在如何设计电路的问题,以及如何获得最佳图形,图形定标等系列问题,在处理中我们归纳了下常见的问题并列出解决方法。
1.图像看起来发生了偏移。如图四为同等实验条件下获得实验图形。这个是由于将输入选择按钮选择了交流耦合(AC)的缘故,应换成直流耦合(DC)。
2.在实验中发现示波器中的图像明显分裂其形状如图五所示。我们通过改变电阻R,将R减小,同时选择合适的电压幅度偏转因数旋钮( VOLTS/DIV)可将图像调整到最佳状态。
3.图形与我们一般的习惯不同,图像颠倒。我们可以通过改变公共接地端(A、B、C)及颠倒二极管的正反向可使显示的伏安特性曲线符合一般的习惯。 图五
4.图像很小,无法进行观察。我们可以通过调节CH1 ,CH2 的电压幅度偏转因数调节旋钮( VOLTS/DIV),同时也可以增加电源电压来改变状况。
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