二極體特性曲線繪製以及圖解工作點

yoweichan

各位前輩們大家好

小弟又來分享學習電子學之路了 很抱歉 學習的很慢

本週是學習到了有關二極體特性曲線繪製以及如何用圖解法求出工作點

原本在Razavi的原文書 實在是看不太懂  最近終於買了這本中文書回來了

寫得實在是很適合我這種初學者 難怪PTT一片都說神作



原本是要研究有關於上次說的 二極體交流小訊號電阻 因為這個地方看不太懂

所以現在把這個中文敘述轉貼在這裡



二極體在交流小訊號時可以視為一個小電阻存在

在實際電路上面 可以等校為



原則上是用線性的方式 來去求解小訊號電阻



但是RAZAVI有個前提 就是 當二極體電壓VD很小的時候 此時小訊號電阻完全由 VT 所決定

OK 這是在二極體曲線以指數模型下去分析時

可是我記得以前念書時 明明有很多種模型 那其他種模型呢?

於是我又買了這本書來做參考



這本書寫的實在是很白話

二極體在分析上原則有幾種模型 指數模型 , 片段式線性模型 , 定電壓模型 , 理想模型



理想模型以及定電壓模型太過於簡單 這邊就不分析了

我們今天要來驗證片段式線性模型 也就是二極體的等校電路可以分解成為一個理想二極體+電阻的組合

這本書上有提到如何做這件事情



我們要來開始實驗這個電路





量測二極體的曲線 不見得只有上述方式 還有另一種方式 在另外一本書上有提到





只要能讓二極體電壓電流緩慢上升 並且測量 什麼方式都沒關係

書上有提供表格以供初學者填入 表下方還有參考解答 可以不用怕做失敗



我們開始接麵包板 並且測試



首先驗證一下板子電源從0.2V 開始



實際電阻為



然後將電壓改變 並且測量二極體以及電阻上的電壓 並用EXCEL將它紀錄下來 如下圖所示



我們可以將這些值用 EXCEL 畫出來其特性曲線



量出特性曲線之後 我們還要找出他的切入電壓 以及轉折點

在書上有提到




所謂轉折點是指在二極體特性曲線中 非線性與線性的轉折電壓

因為指數模型後半段電流的改變可以近似線性 所以我們可以連成一條直線並且計算出

該轉折點電壓 用於揣測二極體此時是否呈現線性時的判斷

並且轉折點之後的電流與電壓 可以利用歐姆定律算出

而 Vr 是二極體電流開始變化的起始點 這兩點不太相同

利用書上教的 我們可以取兩點 並且算出 rd 為 5.22744m歐姆

有興趣的前輩 也可以在一次地跟 RAZAVI的 rd 做比較



從表格我們也可以發現 電流變化較大的"起始點"應該是 0.5458v (上面的曲線圖有註明)

我很好奇 如果用三用電表 量出來的值會接近於哪個

結果我量了一下 0.5475v



看起來還滿接近我們的 Vr 值

那麼 VD0 轉折電壓怎麼算呢? 我們怎樣計算 難道用畫圖嗎? 可是EXCEL 難畫圖而且也難知道實際值

我們再看一下



當這區段近似線性時 我們可以知道兩個點 用這兩個點帶入 Y= AX+B 可以得到兩個方程式

並且求解出 A = 0.19129
                 B = -0.11964
在帶回去求出 Y = 0 時的 X 即為 VD0

因為Y=0時 也就是ID=0mA時 該方程式與x座標的交點

我們可以解出VD0 = 0.62545V

再者 我們也可以由上述的 rd 去驗證回去當 VD >VD0 時 電壓與電流是否近似

答案是 是的

並且我們用電表來驗證 5v 時候的電流為



算出特性曲線之後 接著我們要計算在直流電壓下的工作點是多少

書上寫的是用10V 去驗證 我們現在也用10V下去跑

相信負載線是一個很簡單的問題 純粹只是開路與短路 然後兩點連接起來

我用EXCEL 將他與特性曲線畫了出來



這裡我們可以用 EXCEL 調整解析度 以判斷Q點工作在什麼地方

看起來10V時約為0.7V 以及 10mA左右

我們接上儀表 來驗證這個問題





看起來幾乎近似

我們到此 全部驗證完畢 並且我也將這份資料打成excel檔案 方便大家計算

唯獨填完之後 圖形要重拉一下

Diode Characteristic.rar (29.09 KB, 下載次數: 14)

2020-3-1 10:10 PM 上傳

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如有需要的人 可以下載來測試研究

謝謝大家

tby888

非常實用 謝謝!

gsm7

用示波器的 X-Y 模式玩玩看。現在電腦的電路模擬器都做得很人性化了。