二極體電流變化針對電壓變化之驗證

yoweichan

各位先進好

因為小弟最近都在學電子 最近在二極體章節 看了一些 並做了二極體電流變化針對電壓變化之驗證

不知道實驗是否做的正確 如果有錯誤的地方 望各位先進不吝指正

也由於以前學校學不好 現在有了年紀了才開始學習 以前學校都沒在做實驗 現在反而很自動的在做實驗

這個實驗由來是這樣的

由二極體電流公式 我們可以見下圖



這個公式在兩種不同電流時 可以假設 I1 與 I2 其中I1 > I2

並將兩式相除



我們可以得到一個乾淨的式子



而這個式子的意思是說



當二極體電流增加為原來10倍時 其電壓的變化 為原來的 2.3n(eta)VT

這裡的n(eta) 跟二極體材質有關 鍺的話可假設為1 矽的話可假設為2



而VT是溫度的伏特當量 為二極體上的凱式溫標 除以 11600 獲得

現在我實驗的目的 就是要驗證

當二極體電流增加為原來10倍時 其電壓的變化 為原來的 2.3n(eta)VT

為了這個實驗 我特地將電流設定在1mA 以及10mA左右

那麼我的可以選擇12v 而電阻我在這裡有兩種情況
1. 是精密電組11k歐姆串聯電阻1k歐姆 = 12k歐姆 , 然後12v/12k歐姆 = 1mA
2. 是電阻1k歐姆串聯兩顆100歐姆 = 1.2k歐姆, 然後12v / 1.2k歐姆 = 10mA

你可能問我為什麼這樣做 , 其實沒有為何 , 只是剛好我的電組盒裡面有這樣的阻值

好 那第一步 我們先建立麵包版的環境



麵包板的環境有兩路通道 二極體只有一個 當我要測另外一組時

把二極體移過去即可

這裡的二極體 我挑的是1N4002 原因也是很簡單 我手邊只有這個二極體

4002 是屬於矽二極體 所以最後n(eta)應該要帶入2



首先我們先確認麵包板上的電阻情況 我先確認第一組通道



第一組通道的電阻為12.245k歐姆 看來跟我們理論設想的有誤差(因為電阻本來就有誤差嘛)

我們來檢測第二組通道的電阻



第二組似乎比較準確 1.2013k歐姆

電阻原則上有插好 沒有問題 我們現在把二極體加上去後 測量其電流以及二極體上的電壓



這是第一組的接線圖



這是第一組的量測結果

這裡我們的電源實際上是12.05v



而電流實際上是 0.93mA

二極體上的壓降為 0.57206v



首先我們來驗證一下 這個迴路量到的是否正確

12.05 - 0.57206 =11.47794v , 11.47794v / 12.245k歐姆 = 0.937357289mA

看來量測的結果 很近似我們的計算 (說好的1mA呢?)

因為實際上電阻有誤差 而且電源還要扣掉二極體實際壓降 所以不可能剛剛好1mA

接下來我們來接下一個通道



這是下一組通道的量測值



這裡的電源變成12.04v , 電流為9.52mA 電壓為0.6824v

右邊的電表比較看不清楚 我將之放大為下圖



好 在這裡

12.04 - 0.6824 = 11.3576v , 11.3576v/1.2013k歐姆9.454424374

雖然電流有些誤差 但是也跟實際上是差不多 缺少的一點電流可能是麵包板與表間的接線造成的

因為我動一動走線 電流就會微跳一下

ok 這不是太嚴重的事情

我們現在將 V1 - V2 = 0.6824 - 0.57206 = 0.11034

而這個電壓 就是我們要用公式驗證的電壓

根據公式 V1 - V2 = 2.3*n(eta)*VT ==>n代入2 而VT為環境溫度的凱式溫標

我們來看一下現在的溫度



現在我周遭的環境約21-22度左右

換算成凱式溫標 也就是約294.8度K



這個電表下方已經幫我們換算好了

接下來VT = 294.8 / 11600 =0.025413793 約等於25mV

那所以整個公式就會= 2.3 * 2 * 25mV = 0.116903448v

我們的實際值是 0.11034v

已經非常的接近了

但是由於實驗並非非常精細 沒有很精密的電阻 沒有很精密的儀器

驗證到這邊 應該算是可以了

但願日後我能將電子學全部驗證完畢

以上如有錯誤 懇請各問先進不吝指導

感謝大家

gsm7

看了半天還是有看沒有懂，直至翻到中間的圖片時才撥雲見日……

喔～～～原來樓主是來秀電錶的！

gsm7

其實之前試算過類似的東西，發現一件最大的麻煩事，那就是，公式裡的 Is 這個值呀……對它完全沒皮條，datasheet 也不會給這個東西。因為與溫度有強烈的相關性，有好幾個 T 參數藏在裡面……

kip

gsm7 發表於 2020-2-10 03:45 PM
其實之前試算過類似的東西，發現一件最大的麻煩事，那就是，公式裡的 Is 這個值呀……對它完全沒皮條，data ...

Is 的值屬半導體元件物理的範疇。一般是屬於研究所課程。
零件設計才會用到元件(電子電洞擴散常數、電子電洞載子壽命...等)參數來計算出來。

有興趣可以搜尋 Shockley diode equation. 找固態物理的書。通常很早的章節就會介紹。

yoweichan

gsm7 發表於 2020-2-10 03:22 PM
看了半天還是有看沒有懂，直至翻到中間的圖片時才撥雲見日……

喔～～～原來樓主是來秀電錶的！

g大 沒有啦 我真的是在做驗證啦

yoweichan

gsm7 發表於 2020-2-10 03:45 PM
其實之前試算過類似的東西，發現一件最大的麻煩事，那就是，公式裡的 Is 這個值呀……對它完全沒皮條，data ...

我還沒讀到那裏 到那裏時也會在驗證一次