1 方针
本试验活动的意图是丈量反向偏置PN结的容值与电压的联系。
2 布景常识
PN结电容
添加PN结上的反向偏置电压VJ会导致衔接处电荷的重新分配，构成耗尽区或耗尽层（图1中的W）。这个耗尽层充任电容的两个导电板之间的绝缘体。这个W层的厚度与施加的电场和掺杂浓度呈函数联系。PN结电容分为势垒电容和扩散电容两部分。在反向偏置条件下，不会产生自在载流子注入；因而，扩散电容等于零。关于反向和小于二极管敞开电压（硅芯片为0.6 V）的正偏置电压，势垒电容是首要的电容来历。在实践运用中，依据结面积和掺杂浓度的不同，势垒电容能够小至零点几pF，也能够到达几百pF。结电容与施加的偏置电压之间的依靠联系被称为结的电容-电压(CV)特性。在本次试验中，您将丈量各个PN结（二极管）此特性的值，并制作数值图。
图1.PN结耗尽区。
3 资料
► ADALM2000 自动学习模块
► 无焊面包板
► 一个10 kΩ电阻
► 一个39 pF电容
► 一个1N4001二极管
► 一个1N3064二极管
► 一个1N914二极管
► 赤色、黄色和绿色LED
► 一个2N3904 NPN晶体管
► 一个2N3906 PNP晶体管
过程1
在无焊面包板上，依照图2和图3所示构建测验设置。第一步是利用在AWG输出和示波器输入之间衔接的已知电容C1来丈量不知道电容Cm。两个示波器负输入1–和2–都接地。示波器通道1+输入与AWG1输出W1一同衔接到面包板上的同一行。将示波器通道2+刺进面包板,且保证与刺进的AWG输出距离8到10行，将与示波器通道2+相邻倾向AWG1的那一行接地，保证AWG1和示波器通道2之间任何不必要的杂散耦合最小。因为没有屏蔽飞线，尽量让W1和1+两条衔接线远离2+衔接线。
图2.用于丈量Cm的过程1设置
4 硬件设置
运用Scopy软件中的网络分析仪东西获取增益（衰减）与频率（5 kHz至10 MHz）的联系图。示波器通道1为滤波器输入，示波器通道2为滤波器输出。将AWG偏置设置为1 V，起伏设置为200 mV。丈量一个简略的实践电容时，偏置值并不重要，但在后续过程中丈量二极管时，偏置值将会用作反向偏置电压。纵坐标规模设置为+1 dB（起点）至–50 dB。运转单次扫描，然后将数据导出到.csv文件。您会发现存在高通特性，即在极低频率下具有高衰减，而在这些频率下，比较R1，电容的阻抗十分大。在频率扫描的高频区域，应该存在一个相对较为平整的区域，此刻，C1、Cm容性分压器的阻抗要远低于R1。
图3.用于丈量Cm的过程1设置
过程1
图4.Scopy屏幕截图。
咱们挑选让C1远大于Cstray，这样能够在核算中疏忽Cstray，可是核算得出的值仍与不知道的Cm附近。
在电子表格程序中翻开保存的数据文件，翻滚至挨近高频(>1 MHz)数据的结尾部分，其衰减电平基本是平整的。记载起伏值为GHF1（单位：dB）。在已知GHF1和C1的情况下，咱们能够运用以下公式核算Cm。记下Cm值，鄙人一步丈量各种二极管PN结的电容时，咱们需求用到这个值。
过程2
现在，咱们将在各种反向偏置条件下，丈量ADALM2000模仿套件中各种二极管的电容。在无焊面包板上，依照图4和图5所示构建测验设置。只需求运用D1(1N4001)替换C1。刺进二极管，保证极性正确，这样AWG1中的正偏置将使二极管反向偏置。
图5.用于丈量二极管电容的过程2设置。
硬件设置
图6.用于丈量二极管电容的过程2设置。
运用Scopy软件中的网络分析仪东西获取表1中各AWG 1 DC偏置值时增益（衰减）与频率（5 kHz至10 MHz）的联系图。将每次扫描的数据导出到不同的.csv文件。
5 程序过程
在表1剩下的部分，填入各偏置电压值的GHF值，然后运用Cm值和过程1中的公式来核算Cdiode的值。
表1.电容与电压数据
图7.偏置为0 V时的Scopy屏幕截图。
运用ADALM2000套件中的1N3064二极管替换1N4001二极管，然后重复对第一个二极管履行的扫描过程。将丈量数据和核算得出的Cdiode值填入另一个表。与1N4001二极管的值比较，1N3064的值有何不同？您应该附上您丈量的各二极管的电容与反向偏置电压图表。
然后，运用ADALM2000套件中的一个1N914二极管，替换1N3064二极管。然后，重复您刚对其他二极管履行的相同扫描过程。将丈量数据和核算得出的Cdiode值填入另一个表。与1N4001和1N3064二极管的值比较，1N914的值有何不同？
您丈量的1N914二极管的电容应该远小于其他两个二极管的电容。该值或许十分小，简直与Cstray的值适当。
6 额定加分的丈量
发光二极管或LED也是PN结。它们是由硅以外的资料制成的，所以它们的导通电压与一般二极管有很大不同。可是，它们依然具有耗尽层和电容。为了取得额定加分，请和丈量一般二极管相同，丈量ADALM2000模仿器套件中的赤色、黄色和绿色LED。在测验设置中刺进LED，保证极性正确，以便完成反向偏置。假如操作有误，LED有时或许会亮起。
7 问题
运用过程1中的公式、C1的值以及图4中的图，核算示波器输入电容Cm。
您能够在学子专区博客上找到问题答案。
作者简介
Doug Mercer于1977年结业于伦斯勒理工学院(RPI)，获电子工程学士学位。自1977年参加ADI公司以来，他直接或直接贡献了30多款数据转换器产品，并具有13项专利。他于1995年被任命为ADI研究员。2009年，他从全职作业转型，并持续以声誉研究员身份担任ADI参谋，为“自动学习方案”撰稿。2016年，他被任命为RPI ECSE系的驻校工程师。
Antoniu Miclaus现为ADI公司的体系运用工程师，从事ADI教育项目作业，一起为试验室电路®、QA自动化和流程办理开发嵌入式软件。他于2017年2月在罗马尼亚克卢日-纳波卡加盟ADI公司。他现在是贝碧思鲍耶大学软件工程硕士项意图理学硕士生，具有克卢日-纳波卡科技大学电子与电信工程学士学位。
