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1、引言 线性电阻元件的串联和并联的伏安特性公式分别是:和 。和都是定值，可知串联和并联组合的伏安特性是线性的，伏安特性实验与伏安特性理论具有一致性[1]。非线性半导体电学元件二极管中，二极管的反向电阻极大,具有单向导电特性[2]。其正向电阻比较复杂,变化范围较大[3],当正向电压小于二极管“门坎电压”时, 电阻极大，基本不导电；当正向电压加大到正常工作区域时,电阻较小[4]。二极管的伏安特性普遍采用的实验原理公式是：[5]。在二极管的实验中，发现该理论公式的计算值与对应的实验值之间存在偏差[6]。从该特性公式出发，选择参数非常相似的二极管，并根据串联（电路中每个电学元件的电流相等）和并联（电路中每个支路的电压相等）理论可以推导二极管的串联和并联的理论公式[7]。用串联和并联组合的理论公式计算二极管相应组合的伏安特性理论值，得到伏安特性理论曲线。在实验中充分考虑到电学元件之间连接的误差影响[8]，选择既简便而正确度和精确度又都很高的实验电路[9],得到二极管的伏安特性实验结果。二极管串联和并联组合的伏安特性理论和伏安特性实验之间是否一致，本文主要用1N4002二极管正向串联和并联组合的伏安特性实验对二极管串联和并联组合的伏安特性理论进行验证。 copyright paper51.com 2、二极管的模型 内容来自www.paper51.com
将PN结加上相应的电极引线和管壳，就形成半导体二极管。半导体按其结构的不同可分为点接触型和面接触型两类。由于二极管是一个结，所以具有单向导电性，其伏安特性具有以下特点：a、正向特性：加正向电压很小的情况下，就会有相当大的电流流过二极管。但是在正向特性的起始部分，由于正向电压较小，外电场还难于克服PN结的内电场，正向电流几乎为零，二极管呈现出一个大电阻，好像一个门坎。硅管的门坎电压约为，锗管的约为，当正向电压大于时，内电场大大削弱，因而电流迅速增长。b、反向特性：在反向电压作用下少数载流子很容易通过结，形成反向饱和电流。但由于少数载流子的数目很少，所以反向电流很小，一般硅管的反向电流比锗管小得多。c、反向击穿特性：当增加反向电压时，因在一定温度条件下，少数载流子数目有限，故起始一段反向电流没有多大变化；当反向电压增加到一定大小时，反向电流剧增，这叫反向击穿，和结的击穿原因相同[10]。 copyright paper51.com 二极管的主要参数有：a、最大整流电流：二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。电流流过结会引起管子发热，电流太大，发热量超过限度，就会使结烧坏。b、反向击穿电压：是管子反向击穿时的电压值。二极管击穿时，反向电流剧增，单向导电性被破坏，甚至因过热而烧坏。c、反向电流：是管子未被击穿时的反向电流。其值愈小，管子的单向导电性愈好。由于温度增加，反向电流会急剧增加，所以在使用二极管时需注意温度的影响。二极管的参数是正确使用二极管的依据，在使用时，应特别注意不要超过最大整流电流和最高反向工作电压，否则管子容易损坏[10]。 内容来自www.paper51.com
二极管是一个非线性器件，描述其伏安特性有两种方法：一种是几何方法。可以用实验电路测出若干数据，通过在坐标纸上逐点描图得到伏安特性曲线；也可以用晶体管特性曲线测示仪直接测绘。另一种是代数方法。用二极管伏安特性方程描述[11]。二极管是温度的敏感器件，随着温度的升高，正向特性曲线向左移，即正向压降减小。反向特性曲线下降，即反向电流增大。室温附近，温度升高，正向压降减小2-2.5V。温度升高，反向电流增大一倍左右[12]。温度对二极管的伏安特性影响的方程为： copyright paper51.com （1） copyright paper51.com 是二极管的反向饱和电流，是电子电荷，是加在二极管两端的电压，是玻耳兹曼常数,是热力学绝对温度[13]。 内容来自www.paper51.com 在恒定的室温下做实验,假设，结果（1）式变成： 内容来自www.paper51.com （2） copyright paper51.com
在这个简单的模型中，二极管的伏安特性由和两个参数决定。是温度电压当量，的实验值不同于半导体构成连结点的类型。是理论上二极管的饱和电流。如果,（2）式简化为： paper51.com （3） paper51.com 从（2）式可以这样描述电压： paper51.com （4） paper51.com 如果时，可以得到： paper51.com
（5） paper51.com 在（293K）且在硅二极管中，如果相对误差低于，时，可以用（3）式代替（2）式；同样，在相对误差 低于且时可以用(5)式代替 (4)式[7]。 copyright paper51.com 如果能够得到精确相同的二极管，两个二极管串联时得到： copyright paper51.com （6） paper51.com 两个二极管并联时得到： paper51.com
（7） http://www.paper51.com 事实上，不可能找到完全相同的二极管，所以在做关于二极管的串联和并联组合的实验时，只能从某一系列相同型号的二极管中，选择和参数最接近的管子。然后，根据二极管的静态特征，用实验测定和参数。图1是1N4002二极管的和实验统计参数。 内容来自www.paper51.com |