LOTO示波器：秒测UI特性曲线（二极管为例）

wowo2018

     本文章主要介绍用LOTO示波器、信号发生器模块和电流差分模块测二极管UI特性曲线的案例，当然还可以用该套设备测三极管、场效应管、稳压管和一般的PN结。图1为PN结的UI特性曲线，可以看到，当电压U增大到一定的值时，流过PN结的电流会迅速变化，我们称这个电压为导通电压，不同材料的导通电压不同，硅管的0.7V，锗管的0.3V，用途有整流用的，有开关用的，各种二极管，它的曲线不太一样，当PN结两端的电压加到零点几伏的时候，它两端的电压就不会继续升高了，只是电流在增大。

图1. 二极管UI特性曲线

     PN结反向特性：当PN结两端加反向电压时，反向电压值较小时，电流几乎为零，此时的电流为反向饱和电流，当反向电压增加到一定值时，电压不会继续跟着增大，此时的反向电流会突然增大，我们称这个时候的PN结处于反向击穿状态，一般PN结的反向击穿电压是可以从几伏到几千伏。

下面，我们用LOTO示波器UI绘图曲线的功能来测一下二极管的特性曲线。

      实验原理与方案：基于LOTO示波器的积木式模块拼接功能，可以将三个模块拼接成一个系统来实现二极管UI特性曲线的绘制。首先将信号发生器模块接在LOTO示波器的扩展口上（信号发生器模块只能产生+-4V的电压范围，故二极管的反向特性是没有办法测得的，仅可以测正向导通状态下的UI特性曲线）。信号发生器可以提供二极管两端的激励信号，可以是三角波也可以是锯齿波，本次实验以三角波为例。激励信号加在二极管两端是（正向导通），二极管两端的电流随着激励源的变化而变化，要测得电流，我们就得用到电流模块，该模块通过扩展口拼接在LOTO示波器上，实验连接原理图如图2所示。波器可以测得二极管两端的电压，当信号源激励电压在一定的范围里时，可以通过李萨如绘图（电压随时间变化的值为横轴，电流随电压变化的值为纵轴）将电流电压曲线用绘制在一个坐标系下，得到的曲线就是二极管的UI特性曲线。

图2. 实验原理图

      调整信号发生器输出的三角波偏置，（-1.5V-3.5V），电压在此范围可以很好的让二极管处于正向导通状态，方便之后UI曲线的测定。我们先来看一个周期内的状态，当电压值从-1.5V到3.5V变化时，流经二极管的电流也会随电压的变化而变化，在UI特性曲线上来看就是纵坐标的电流I，随着横坐标U的变化而变化，当信号发生器输出电压从3.5V到-1.5V时，此过程为上一个过程的反过程，相当于再一次描了一遍UI特性曲线，从此往复循环，便可得到在范围内的任意电压值对应的电流值。电压变化连续，电流变化也是连续的，如图3所示。通过X-Y绘图便可得到UI特性曲线。

  

   图3. 电压（蓝）电流（黄）曲线

      电压曲线为什么三角波底下是完整的，顶上缺了一点？这是因为超过它的导通电压被它导通了，所以电压被拉下来了。黄色的是电流曲线，可以看到，在电压为负时，电流是被截止的，此时的电流为反向饱和电流。

      现在我们打开数学通道里面的xy绘图，如图4，便是二极管的UI特性曲线，由图片看出，二极管的正向导通电压在0.7V左右。

      图4. LOTO示波器绘制的UI特性曲线

注意事项：

1.      二极管带色环的一端为负极，实验时注意极性；

2.      本实验使用的是OSCA02F版本示波器，是带信号发生器的版本，信号发生器输出信号可以在上位机上面设置；

3.      电流模块用到i01型号，可测到毫安级，本次实验选择+-40毫安的量程，最大可以达到+-125毫安，精度比较高，可直接插在扩展口上，在上位机上使用时也要注意型号选择正确；

4.      测二极管两端的电压，打到 ×1档， 并在二极管两端。上位机使用时，不要超过量程。否则会报警；