数字万用表测量二极管导通压降的温度特性

张德根

皖西学院基础实验中心，安徽 六安 237000

数字万用表测量二极管导通压降的温度特性

张德根

皖西学院基础实验中心，安徽 六安 237000

采用数字万用表的“二极管测量”档，对两种型号的二极管导通压降的温度特性进行测量，实验方法简便、操作简单，并准确地测定导通压降的温度特性。

数字万用表；导通压降；负温度系数

digital multimeter; voltage drop; negative temperature coefficient

引言

二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能真正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。

早在六十年代初，人们就试图用PN结正向压降随温度升高而降低的特性作为测温元件，由于当时PN结的参数不稳定，始终未能进入实用阶段。随着半导体工艺水平的提高以及人们不断地探索，到七十年代时，PN结以及在此基础上发展起来的晶体管温度传感器，已成为一种新的测温技术跻身各个应用领域了。在大学物理实验中，对PN结的温度特性大多采取恒流源法测量，本实验用数字万用表测量二极管导通压降的温度特性。目前数字式万用表性能好，测量灵敏度高，便于携带，使用方便。

1 实验原理

1.1 用数字万用表测二极管导通压降

数字万用表二极管档开路电压约为2.8V，红表笔接正，黑表笔接负，测量时提供电流约为1mA，显示值为二极管正向压降近似值，单位是mV或V。硅二极管正向导通压降约为0.5V～0.8V。锗二极管锗正向导通压降约为0.1V～0.3V。并且功率大一些的二极管正向压降要小一些。如果测量值小于0.1V，说明二极管击穿，此时正反向都导通。如果正反向均开路说明二极管PN结开路。对于发光二极管，正向测量时二极管发光，管压降约1.7V左右。

1.2 PN结的温度特性

理想PN结的正向电流IF、反向饱和电流IS和正向压降uF存在如下近似关系：

其中：e为电子电荷，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度。Is与PN结材料的禁带宽度以及温度等有关，其表达式如下：

式中：A，B是与面积、掺杂浓度有关的常数；ug0为绝对零度时PN结材料的导带底和价带顶的电势差（禁带宽度）。将式（2）代入式（1），且两边取对数可得

综上所述，在恒流供电的条件下，即IF为常量，PN结的uF对T的关系取决于线性项u1，从式（4）中可看出正向压降几乎随温度的升高而线性下降，这就是PN结测温的理论依据。通过数字万用表的“二极管测量”档，对二极管的导通压降的测量，并结合PN结的温度特性，可以很方便地测出PN结导通压降的温度特性。

2 实验方法及数据

实验所需仪器有：数字万用表、两种型号的二极管、干井恒温器、连接导线等。将待测二极管放入加热器中，焊接两根导线，连接数字万用表的红黑表笔，万用表置于“二极管测量”档，设置干井恒温器加热温度，最后对二极管进行加热。实验记录温度范围为17℃～67℃，每升高1℃从数字万用表读出二极管导通电压值。数据记录如表1：

表1 实验数据

3 实验结果与分析

图1 PN结导通压降的温度特性

本实验采用数字万用表“二极管测量”档法测量二极管导通压降的温度特性，与以往采取恒流源法测量相比较，不需要外接电路，不需要其他测量仪器，如电流表和电压表等，直接就可以从数字万用表观察到二极管导通电压随温度的变化关系。如图1所示得到两个二极管导通压降的温度特性，得出经过origin线性拟合后直线方程为：uF1=0.54158-0.00219t；uF2=0.76238-0.00167t。从两方程中可知，二极管导通压降随温度的升高几乎呈直线下降，这结果与PN结温度传感器基本方程的理论是相吻合的，且温度每升高1℃二极管的压降下降2.19mV和1.67mV，实验结果显示出二极管的负温度系数。

[1]王水成.数字万用表二极管档测试原理与使用方法[J].电子仪器仪表用户，1999，06：36～39.

[2]黄宏纬.应用计算机测定PN结正向压降的温度特性[J].物理实验，2006,26（10）：18～19.

[3]陈水桥.PN结正向压降温度特性的研究和应用[J].物理实验，2000,20（7）：7～9.

Using digital multimeter to measure the temperature characteristics of the diode voltage drop

Zhang Degen
The center of basic experiment, West Anhui University, Luan Anhui 237000

By the “diode measurement” stall of digital multimeter, the temperature characteristics of the two types of diode voltage drop were measured, the experimental method was simple, easy, and the measurement results of temperature characteristics of the diode voltage drop were accurate.

O433

A

张德根（1984-），男，安徽六安人，实验师，硕士，主要从事物理实验教学研究工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.21.053