二極管的電流與電壓特性可以使用ADALM2000模塊和以下連接來測量。藍色方框表示ADALM2000板的連接位置。在面包板搭建電路，波形發(fā)生器的輸出W1連接到電阻的一端。2+示波器輸入也連接到此處。電阻的另一端連接到二極管的一端，如圖1所示。2-示波器輸入和1+示波器輸入連接到電阻的第二端。二極管的另一端和1-示波器輸入連接到地。

圖1.二極管I/V曲線的連接圖

硬件設置

波形發(fā)生器配置為100Hz三角波，幅度為6V，偏移為0V。示波器通道2的差分輸入（2+、2-）用于測量電阻（和二極管）中的電流。示波器通道1的單端輸入(1+)用于測量二極管兩端的電壓（1-輸入可以接地）。示波器通道1設置為每格500mV，通道2也設置為每格500mV。流過二極管ID的電流是通道2測得的電壓除以電阻值（本例中為1kΩ）的結果。使用XY顯示模式在x軸上繪制二極管兩端的電壓（示波器通道1），在y軸上繪制二極管中的電流（示波器通道2）。

圖2.電流與電壓，線性坐標系.

步驟

圖3.電流與電壓（線性坐標系使用Scopy繪圖）

圖4.電流與電壓（線性坐標系使用Excel繪圖）將捕獲的數(shù)據(jù)加載到Excel等電子表格程序中，計算二極管電流ID。繪制電流與二極管兩端電壓的曲線。二極管電壓和電流的關系是對數(shù)式的。如果在對數(shù)坐標系上繪制，結果應為直線，如圖5所示。

圖5.電流與電壓，對數(shù)坐標系

問題

給定二極管兩端的電壓ID，二極管電流VD的數(shù)學表達式是什么？

二極管特性的進一步探討

測量多個1N914二極管在固定VD時的二極管特性ID,ADALP2000模擬器件套件中應該有四個二極管，您可以請求與實驗室伙伴交換，獲得更多樣品。計算測量結果的平均值和變異系數(shù)（CV，定義為標準偏差除以平均值的百分比）。討論您觀測到的變化量，這常常是半導體工程師所說的工藝偏差的測量指標。

用發(fā)光二極管(LED)替換1N914二極管。ADALP2000模擬器件套件中應當有紅光、黃光、綠光和紅外LED。給定二極管兩端的電壓ID時，LED的二極管電流VD的數(shù)學表達式是否與1N914相似？它們在什么方面相似，在什么方面不同？紅光、黃光和綠光LED是否以相同的正向電壓開啟？

2a.半波整流器

目標

本次實驗的目的是研究二極管作為半波整流器的用途。

材料

一個電阻（4.7kΩ或其他類似值）

一個小信號二極管（1N914或類似元件）

指導

設置面包板二極管的特性，波形發(fā)生器輸出W1連接到二極管的一端。二極管的另一端連接到負載電阻的一端，如圖6所示。負載電阻的另一端接地。示波器通道2的單端輸入(2+)也連接到電阻的未接地端（2-輸入可以接地）。

圖6.半波二極管整流器的連接圖

硬件設置

波形發(fā)生器配置為100Hz正弦波，幅度為6V，偏移為0V。示波器通道2(2+)用于測量負載電阻RL兩端的電壓。兩個示波器通道均應設置為每格500mV。

圖7.半波二極管整流器面包板電路

步驟

使用Scopy工具中的示波器功能繪制這兩個波形。

圖8.半波整流波形

問題

為什么整流輸出的峰值小于交流輸入的峰值？小多少？在輸入波形的什么位置整流波形變?yōu)檎泓c以外的位置）？如果二極管的方向反轉會發(fā)生什么？將二極管的方向反轉并重復實驗。

進一步探索

用發(fā)光二極管代替1N914二極管。您可能需要將AWG1幅度增加到10V，以適應LED的更高正向壓降。

整流輸出波形與之前使用1N914二極管的結果相比如何？正偏壓降提高多少？

用三種不同的波形做實驗，波形發(fā)生器保持設置為100Hz，注意LED的亮度。討論您觀察到的波形和亮度，并將這些觀察結果與您測得的每個波形的有效直流值聯(lián)系起來。

降低波形發(fā)生器頻率，將頻率設置為0.2Hz（每五秒一個周期）。當波形發(fā)生器頻率為1Hz或更低時，討論每種波形（共三種）所對應的LED光強度。