圖1.PN結耗盡區(qū)。

 

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晶體管

 

 

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。

 

 

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(xù)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(shù)據導出到.csv文件。您會發(fā)現(xiàn)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(qū)域，應該存在一個相對較為平坦的區(qū)域，此時，C1、Cm容性分壓器的阻抗要遠低于R1。

 

 

圖3.用于測量Cm的步驟1設置

 

步驟1
 

 

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(shù)據文件，滾動至接近高頻(>1 MHz)數(shù)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(xiàn)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。

 

 

圖5.用于測量二極管電容的步驟2設置。

 

硬件設置

 

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(shù)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。

 

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(zhí)行的掃描步驟。將測量數(shù)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(zhí)行的相同掃描步驟。將測量數(shù)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(fā)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(xiàn)反向偏置。如果操作有誤，LED有時可能會亮起。