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        1. 電子發燒友網 > 電源/新能源 > 電源設計應用 > 正文

          實驗:PN結電容與電壓的關系

          2019年11月25日 14:30 ? 次閱讀

          作者:Doug Mercer、Antoniu Miclaus ADI公司

          目標

          本實驗活動的目的是測量反向偏置PN結的容值與電壓的關系。

          背景知識

          PN結電容

          增加PN結上的反向偏置電壓VJ會導致連接處電荷的重新分配,形成耗盡區或耗盡層(圖1中的W)。這個耗盡層充當電容的兩個導電板之間的絕緣體。這個W層的厚度與施加的電場和摻雜濃度呈函數關系。PN結電容分為勢壘電容和擴散電容兩部分。在反向偏置條件下,不會發生自由載流子注入;因此,擴散電容等于零。對于反向和小于二極管開啟電壓(硅芯片為0.6 V)的正偏置電壓,勢壘電容是主要的電容來源。在實際應用中,根據結面積和摻雜濃度的不同,勢壘電容可以小至零點幾pF,也可以達到幾百pF。結電容與施加的偏置電壓之間的依賴關系被稱為結的電容-電壓(CV)特性。在本次實驗中,您將測量各個PN結(二極管)此特性的值,并繪制數值圖。

          實驗:PN結電容與電壓的關系

          圖1.PN結耗盡區。

          材料

          ?ADALM2000 主動學習模塊

          ?無焊面包板

          ?一個10 kΩ電阻

          ?一個39 pF電容

          ?一個1N4001二極管

          ?一個1N3064二極管

          ?一個1N914二極管

          ?紅色、黃色和綠色LED

          ?一個2N3904 NPN晶體管

          ?一個2N3906 PNP晶體

          步驟1

          在無焊面包板上,按照圖2和圖3所示構建測試設置。第一步是利用在AWG輸出和示波器輸入之間連接的已知電容C1來測量未知電容Cm。兩個示波器負輸入1–和2–都接地。示波器通道1+輸入與AWG1輸出W1一起連接到面包板上的同一行。將示波器通道2+插入面包板,且保證與插入的AWG輸出間隔8到10行,將與示波器通道2+相鄰偏向AWG1的那一行接地,保證AWG1和示波器通道2之間任何不必要的雜散耦合最小。由于沒有屏蔽飛線,盡量讓W1和1+兩條連接線遠離2+連接線。

          實驗:PN結電容與電壓的關系

          圖2.用于測量Cm的步驟1設置

          硬件設置

          使用Scopy軟件中的網絡分析儀工具獲取增益(衰減)與頻率(5 kHz至10 MHz)的關系圖。示波器通道1為濾波器輸入,示波器通道2為濾波器輸出。將AWG偏置設置為1 V,幅度設置為200 mV。測量一個簡單的實際電容時,偏置值并不重要,但在后續步驟中測量二極管時,偏置值將會用作反向偏置電壓??v坐標范圍設置為+1 dB(起點)至–50 dB。運行單次掃描,然后將數據導出到.csv文件。您會發現存在高通特性,即在極低頻率下具有高衰減,而在這些頻率下,相比R1,電容的阻抗非常大。在頻率掃描的高頻區域,應該存在一個相對較為平坦的區域,此時,C1、Cm容性分壓器的阻抗要遠低于R1。

          實驗:PN結電容與電壓的關系

          圖3.用于測量Cm的步驟1設置

          步驟1

          實驗:PN結電容與電壓的關系

          圖4.Scopy屏幕截圖。

          我們選擇讓C1遠大于Cstray,這樣可以在計算中忽略Cstray,但是計算得出的值仍與未知的Cm相近。

          在電子表格程序中打開保存的數據文件,滾動至接近高頻(》1 MHz)數據的末尾部分,其衰減電平基本是平坦的。記錄幅度值為GHF1(單位:dB)。在已知GHF1和C1的情況下,我們可以使用以下公式計算Cm。記下Cm值,在下一步測量各種二極管PN結的電容時,我們需要用到這個值。

          步驟2

          現在,我們將在各種反向偏置條件下,測量ADALM2000模擬套件中各種二極管的電容。在無焊面包板上,按照圖4和圖5所示構建測試設置。只需要使用D1(1N4001)替換C1。插入二極管,確保極性正確,這樣AWG1中的正偏置將使二極管反向偏置。

          實驗:PN結電容與電壓的關系

          圖5.用于測量二極管電容的步驟2設置。

          硬件設置

          實驗:PN結電容與電壓的關系

          圖6.用于測量二極管電容的步驟2設置。

          使用Scopy軟件中的網絡分析儀工具獲取表1中各AWG 1 DC偏置值時增益(衰減)與頻率(5 kHz至10 MHz)的關系圖。將每次掃描的數據導出到不同的.csv文件。

          程序步驟

          在表1剩余的部分,填入各偏置電壓值的GHF值,然后使用Cm值和步驟1中的公式來計算Cdiode的值。

          表1.電容與電壓數據

          實驗:PN結電容與電壓的關系

          實驗:PN結電容與電壓的關系

          圖7.偏置為0 V時的Scopy屏幕截圖。

          使用ADALM2000套件中的1N3064二極管替換1N4001二極管,然后重復對第一個二極管執行的掃描步驟。將測量數據和計算得出的Cdiode值填入另一個表。與1N4001二極管的值相比,1N3064的值有何不同?您應該附上您測量的各二極管的電容與反向偏置電壓圖表。

          然后,使用ADALM2000套件中的一個1N914二極管,替換1N3064二極管。然后,重復您剛對其他二極管執行的相同掃描步驟。將測量數據和計算得出的Cdiode值填入另一個表。與1N4001和1N3064二極管的值相比,1N914的值有何不同?

          您測量的1N914二極管的電容應該遠小于其他兩個二極管的電容。該值可能非常小,幾乎與Cstray的值相當。

          額外加分的測量

          發光二極管或LED也是PN結。它們是由硅以外的材料制成的,所以它們的導通電壓與普通二極管有很大不同。但是,它們仍然具有耗盡層和電容。為了獲得額外加分,請和測量普通二極管一樣,測量ADALM2000模擬器套件中的紅色、黃色和綠色LED。在測試設置中插入LED,確保極性正確,以便實現反向偏置。如果操作有誤,LED有時可能會亮起。

          問題

          使用步驟1中的公式、C1的值以及圖4中的圖,計算示波器輸入電容Cm。

          您可以在學子專區博客上找到問題答案。

          作者簡介

          Doug Mercer于1977年畢業于倫斯勒理工學院(RPI),獲電子工程學士學位。自1977年加入ADI公司以來,他直接或間接貢獻了30多款數據轉換器產品,并擁有13項專利。他于1995年被任命為ADI研究員。2009年,他從全職工作轉型,并繼續以名譽研究員身份擔任ADI顧問,為“主動學習計劃”撰稿。2016年,他被任命為RPI ECSE系的駐校工程師。

          作者簡介

          Antoniu Miclaus現為ADI公司的系統應用工程師,從事ADI教學項目工作,同時為實驗室電路?、QA自動化和流程管理開發嵌入式軟件。他于2017年2月在羅馬尼亞克盧日-納波卡加盟ADI公司。他目前是貝碧思鮑耶大學軟件工程碩士項目的理學碩士生,擁有克盧日-納波卡科技大學電子與電信工程學士學位。

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          復雜系統的調試和驗證面臨許多測試技術挑戰,包括捕獲和可視化多個不頻繁或間斷出現的事件,如串行數據包、....
          發表于 2019-11-14 11:03? 98次閱讀
          【360度看新一代示波器】系列之四:最大化內存使...

          電容的表示方法都有哪些?

          你是指什么電容,有標注的例如云母電容就按照上面標注的讀,上面會寫明容值,例如68uF。貼片的沒標注的....
          發表于 2019-11-14 09:58? 408次閱讀
          電容的表示方法都有哪些?

          可調片電容的工作原理_可調貼片電容的作用

          可調貼片電容是指容值可以調節的貼片電容,貼片電容是指封裝方式是貼片封裝的電容器,電容器是指一種容納電....
          發表于 2019-11-14 09:46? 170次閱讀
          可調片電容的工作原理_可調貼片電容的作用

          云母電容器特點與介紹

          云母電容器的介質為云母片,電極有金屬箔式的和金屬膜式的。早先的云母電容器是由金屬箔或在云母片表面上噴....
          發表于 2019-11-14 09:20? 149次閱讀
          云母電容器特點與介紹

          配網母線電壓異常故障的解決方案介紹

          故障類型 ◆PT保險熔斷故障 ◆ 單相接地故障 ◆異相接地故障 ◆線路斷線故障
          發表于 2019-11-13 09:21? 323次閱讀
          配網母線電壓異常故障的解決方案介紹

          電壓不同功率相同耗電量是否一樣

          一般情況下,功率相同耗電量相同。當電路是純電阻時,實際功率=有功功率;當電路不是純電阻時,實際功率》....
          發表于 2019-11-10 09:43? 608次閱讀
          電壓不同功率相同耗電量是否一樣

          電壓太低的原因及處理方法

          要看電壓太低的線路是否你自己的產權,即是說;如果供電方收你費用的計量電能表是裝設在該線路的始端的話、....
          發表于 2019-11-09 09:23? 991次閱讀
          電壓太低的原因及處理方法

          LED燈驅動器輸出電壓偏高的原因

          LED燈電源一般是恒流源,可以提供恒定的電流,但電壓是浮動的.為了使LED均勻發光,照明用的LED一....
          發表于 2019-11-09 09:16? 1059次閱讀
          LED燈驅動器輸出電壓偏高的原因

          更高,更快,更強|鼎陽科技發布 SDS2000X...

          SDS2000X Plus系列超級熒光示波器具備同檔次示波器最高的模擬通道帶寬500 MHz,實時采....
          發表于 2019-11-08 15:21? 369次閱讀
          更高,更快,更強|鼎陽科技發布 SDS2000X...

          金屬膜電容應用_金屬薄膜電容的優缺點

          金屬膜電容是電子設備中大量使用的電子元件之一,廣泛應用于電路中的隔直通交,耦合,旁路,濾波,調諧回路....
          發表于 2019-11-04 14:43? 188次閱讀
          金屬膜電容應用_金屬薄膜電容的優缺點

          安規電容可以不要嗎

           隨著我國經濟的高速發展,人們的生活水平不斷提高,電子產品大量進入家庭,由于這些設備存在觸電、火災、....
          發表于 2019-11-04 14:11? 302次閱讀
          安規電容可以不要嗎

          不同的電容在整板EMC有什么作用

          一般我們的pcb板的器件有很多種類,但是值得特別關注的,很多人都會說是BGA、接口、IC、晶振之類,....
          發表于 2019-11-02 09:04? 324次閱讀
          不同的電容在整板EMC有什么作用

          電壓低怎么處理及原因分析

          如果是直接使用供電公司的電,電費直接交到供電公司,供電公司有義務幫助你,保證供電電壓在國家標準規定的....
          發表于 2019-11-01 10:02? 589次閱讀
          電壓低怎么處理及原因分析

          穿芯電容的形式_穿芯電容應用

          穿芯電容的自電感比普通電容器小得多,因而它的自諧振頻率很高。同時,它的穿芯式設計,能夠有效防止高頻信....
          發表于 2019-10-31 15:53? 186次閱讀
          穿芯電容的形式_穿芯電容應用

          電容放電電阻接線_法拉電容放電時間計算

          電容放電,電容器和電阻并聯后接在電路中,電容器充電后、斷開電鍵、電容器和電阻組成新的回路、完成放電。
          發表于 2019-10-31 09:29? 738次閱讀
          電容放電電阻接線_法拉電容放電時間計算

          電容充放電的波形_電容放電電阻的選取

          本文主要闡述了電容充放電的波形及電容放電電阻的選取方法。
          發表于 2019-10-31 08:57? 864次閱讀
          電容充放電的波形_電容放電電阻的選取

          我國科學家將石墨烯作為基區材料,為實現超高速晶體...

          近年來,石墨烯作為性能優異的二維材料備受關注,人們提出將石墨烯作為基區材料制備晶體管,其原子級厚度將....
          發表于 2019-10-30 17:19? 1366次閱讀
          我國科學家將石墨烯作為基區材料,為實現超高速晶體...

          SMT貼片加工中不良現象有哪些,如何定義的

          SMT工藝從表面上來講需要,元器件貼裝整齊、元器件與焊盤正中、不偏不移,深層次的品質要求需要沒有錯、....
          發表于 2019-10-30 11:31? 695次閱讀
          SMT貼片加工中不良現象有哪些,如何定義的

          電流反饋運放電路設計

           電流反饋放大器不受基本增益帶寬積的限制,隨著信號幅度的增加,帶寬的損失非常小。因為可以在最小失真的....
          發表于 2019-10-30 10:34? 921次閱讀
          電流反饋運放電路設計

          電容放電原因_電容放電方法

          電容是存儲電荷的一種電子元器件,如對電容充電后再將電容從充電電路中斷開,由于沒有放電回路,電容上的電....
          發表于 2019-10-28 16:57? 1032次閱讀
          電容放電原因_電容放電方法

          三相電壓不平衡產生原因_三相電壓不平衡的治理措施

          電力系統中三相電壓不平衡產生的主要原因是負荷的不平衡和系統阻抗的不平衡。其中負荷的不平衡是造成三相電....
          發表于 2019-10-28 16:43? 914次閱讀
          三相電壓不平衡產生原因_三相電壓不平衡的治理措施

          獨石電容的優點與缺點

          因此,多層片式陶瓷電容器的結構主要包括三大部分:陶瓷介質,金屬內電極,金屬外電極。而多層片式陶瓷電容....
          發表于 2019-10-28 09:55? 218次閱讀
          獨石電容的優點與缺點

          電容補償柜常見故障

          電源線首先要根據電容補償裝置柜配置的全部電容器的容量,即總的額定電流之和的1.5倍來選擇電源導線的截....
          發表于 2019-10-27 11:19? 790次閱讀
          電容補償柜常見故障

          UC3842構成的電源電路圖

          UC3842是開關電源中電流控制型脈寬調制IC,內部包含誤差放大器、PWM比較器、振蕩器及精密基準電....
          發表于 2019-10-27 03:23? 855次閱讀
          UC3842構成的電源電路圖

          電壓等級劃分及適用范圍

          電壓(voltage),也稱作電勢差或電位差,是衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產生的能量差的物....
          發表于 2019-10-25 15:00? 1165次閱讀
          電壓等級劃分及適用范圍

          三相電機改為單相運行3種接線方法

          電容C1的容量可根據電動機啟動時負載的大小來選擇,通常為C2的1~4倍。對于功率1kw以下的小電機,....
          發表于 2019-10-25 08:49? 473次閱讀
          三相電機改為單相運行3種接線方法
          2019中文字幕视频
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