(1.河北科技師范學(xué)院 河北 秦皇島 066004；2.沈陽航空航天大學(xué)安全工程學(xué)院 遼寧 沈陽 110136)

一、概述

在電子電路實(shí)驗(yàn)和教學(xué)中，大部分電路中都含有半導(dǎo)體二極管。二極管在許多電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用非常廣泛。二極管的主要特性是單向?qū)щ娦訹1]，常用于整流、檢波、限幅、元件保護(hù)以及在模擬和數(shù)字電路中作為開關(guān)元件等。

Origin是美國OriginLab公司開發(fā)的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件。近年來，它已廣泛的應(yīng)用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)和電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，并取得了令人滿意的結(jié)果[2-5]。本文將采用Origin軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線改直，用作圖法、最小二乘法等數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行計(jì)算，擬合出各種二極管伏安特性圖線及其函數(shù)關(guān)系式。

二、實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)所用實(shí)驗(yàn)儀器有：30V穩(wěn)壓電源兩臺(tái)、電壓表、多量程電流表、電流計(jì)、滑線變阻器、萬用表、開關(guān)、導(dǎo)線、FR105、IN5243B兩種不同型號(hào)的普通二極管。

本工作主要采用伏安法對(duì)普通二極管的正向伏安特性進(jìn)行測試，采用電流表外接電路，并采用了理論修正的方法來減少電表接入誤差。最后對(duì)所得的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理。

三、結(jié)果和分析

在常溫常壓條件下，測得了不同型號(hào)的二極管的伏安特性數(shù)據(jù)，經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的反復(fù)篩選和誤差修改后，我們又用計(jì)算機(jī)進(jìn)行了處理和計(jì)算，得出了二極管伏安特性曲線圖。

根據(jù)二極管經(jīng)驗(yàn)公式：U=A+Blg(I+1)，我們用Origin軟件對(duì)FR105、IN5243B兩種型號(hào)二極管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了曲線改直，用作圖法、最小二乘法等數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行計(jì)算，擬合出了如下二極管特性圖線和函數(shù)關(guān)系式，如圖1和2所示。

圖1 FR105正向伏安特性曲線半對(duì)數(shù)圖線

應(yīng)用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合，F(xiàn)R105正向伏安特性電壓電流函數(shù)關(guān)系為：U=0.45265+0.16376lg(I+1)，其中電流的單位為mA，電壓的單位為V。系數(shù)A的誤差為0.00109；系數(shù)B的誤差為5.6033E-4。相關(guān)系數(shù)R=0.99984。

圖2 IN5243B正向伏安特性曲線半對(duì)數(shù)圖線

應(yīng)用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合，IN5243B正向伏安特性電壓電流函數(shù)關(guān)系為：U=0.73303+0.0699lg(I+1)，其中電流的單位為mA，電壓的單位為V。系數(shù)A的誤差為0.0022；系數(shù)B的誤差為0.00127。相關(guān)系數(shù)R=0.99852。

四、結(jié)語

本實(shí)驗(yàn)研究工作主要對(duì)兩種不同型號(hào)的普通二極管的伏安特性進(jìn)行了測試，并經(jīng)過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理和計(jì)算，擬合出了二極管的伏安特性曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)可靠，清晰明確的展現(xiàn)出了二極管的正反向伏安特性，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)室條件和器材的限制，我們并未測得普通二極管的反向伏安特性及其特性曲線，另外由于實(shí)驗(yàn)儀器精確度以及采用的測量電路不夠理想，在實(shí)驗(yàn)精度上還有待進(jìn)一步改進(jìn)，以便更精確的測試二極管的伏安特性。