LOTO示波器秒測UI特性曲線（二極管為例）

ID:412156 · 發表于 2021-2-5 12:00

本文章主要介紹用LOTO示波器、信號發生器模塊和電流差分模塊測二極管UI特性曲線的案例，當然還可以用該套設備測三極管、場效應管、穩壓管和一般的PN結。

圖1為PN結的UI特性曲線，可以看到，當電壓U增大到一定的值時，流過PN結的電流會迅速變化，我們稱這個電壓為導通電壓，不同材料的導通電壓不同，硅管的0.7V，鍺管的0.3V，用途有整流用的，有開關用的，各種二極管，它的曲線不太一樣，當PN結兩端的電壓加到零點幾伏的時候，它兩端的電壓就不會繼續升高了，只是電流在增大。

圖1. 二極管UI特性曲線

PN結反向特性：當PN結兩端加反向電壓時，反向電壓值較小時，電流幾乎為零，此時的電流為反向飽和電流，當反向電壓增加到一定值時，電壓不會繼續跟著增大，此時的反向電流會突然增大，我們稱這個時候的PN結處于反向擊穿狀態，一般PN結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。

實驗原理與方案：基于LOTO示波器的積木式模塊拼接功能，可以將三個模塊拼接成一個系統來實現二極管UI特性曲線的繪制。首先將信號發生器模塊接在LOTO示波器的擴展口上（信號發生器模塊只能產生+-4V的電壓范圍，故二極管的反向特性是沒有辦法測得的，僅可以測正向導通狀態下的UI特性曲線）。信號發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，本次實驗以三角波為例。激勵信號加在二極管兩端是（正向導通），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，該模塊通過擴展口拼接在LOTO示波器上，實驗連接原理圖如圖2所示。波器可以測得二極管兩端的電壓，當信號源激勵電壓在一定的范圍里時，可以通過李薩如繪圖（電壓隨時間變化的值為橫軸，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坐標系下，得到的曲線就是二極管的UI特性曲線。

圖2. 實驗原理圖

調整信號發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導通狀態，方便之后UI曲線的測定。我們先來看一個周期內的狀態，當電壓值從-1.5V到3.5V變化時，流經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的電流I，隨著橫坐標U的變化而變化，當信號發生器輸出電壓從3.5V到-1.5V時，此過程為上一個過程的反過程，相當于再一次描了一遍UI特性曲線，從此往復循環，便可得到在范圍內的任意電壓值對應的電流值。電壓變化連續，電流變化也是連續的，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）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？這是因為超過它的導通電壓被它導通了，所以電壓被拉下來了。黃色的是電流曲線，可以看到，在電壓為負時，電流是被截止的，此時的電流為反向飽和電流。

現在我們打開數學通道里面的xy繪圖，如圖4，便是二極管的UI特性曲線，由圖片看出，二極管的正向導通電壓在0.7V左右。

圖4. LOTO示波器繪制的UI特性曲線

注意事項：

1. 二極管帶色環的一端為負極，實驗時注意極性；

2. 本實驗使用的是OSCA02F版本示波器，是帶信號發生器的版本，信號發生器輸出信號可以在上位機上面設置；

3. 電流模塊用到i01型號，可測到毫安級，本次實驗選擇+-40毫安的量程，最大可以達到+-125毫安，精度比較高，可直接插在擴展口上，在上位機上使用時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。上位機使用時，不要超過量程。否則會報警；