CN208969954U - 二极管伏安特性测定演示装置 - Google Patents
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Abstract
二极管伏安特性测定演示装置，涉及物理实验装置技术领域，其包括用于给测试电路提供正向电流的恒流源模块、用于给测试电路提供反向电流的数控降压模块、连接在测试电路中的二极管测试座、可采集正向电流导通时二极管两端电压的第一A/D采样模块、用于采集反向电流导通时数控降压模块输出的电压大小的第二A/D采样模块以及用于切换正反向电流的继电器切换电路模块，二极管测试座用于可拆卸地安装待测二极管，恒流源模块连接有用于控制其输出电流进行变化的D/A模块，D/A模块、第一A/D采样模块、第二A/D采样模块以及继电器切换电路模块均连接至一个单片机。本实用新型可逐个快速测定二极管的正反伏安特性，操作简单，误差非常小。
Description
技术领域
本实用新型涉及物理实验装置技术领域，尤其指一种二极管伏安特性测定演示装置。
背景技术
二极管作为电路设计中的重要组成部分，对其参数进行测量是非常有必要的。物理电学实验中，常会对二极管的伏安特性进行测定，以便接入电路发挥相应的作用。基本的测量思路是，在利用普通信号源供电的情况下，对接入的二极管两端的压降和通过流经二极管的电流进行相应逐步测量并将测量数据绘制成曲线图，从而可以了解到其伏安特性，但这种方法需要使用到电流表和电压表，测出来的结果受电表的影响会产生一定的误差，导致测试的结果不可靠；另外，由于实验中无法快速进行换路连接，也就使得实验者无法快速对二极管的正反特性进行测试，虽然可以采用普通拆线换路多次测量的方法来测试一个二极管，但其灵活性不够，要检测多个二极管时耗费的时间较长。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种二极管伏安特性测定演示装置，可逐个快速测定二极管的正反伏安特性，并且操作简单，误差非常小。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种二极管伏安特性测定演示装置，包括用于给测试电路提供正向电流的恒流源模块、用于给测试电路提供反向电流的数控降压模块、连接在测试电路中的二极管测试座、可采集正向电流导通时二极管两端电压的第一A/D采样模块、用于采集反向电流导通时数控降压模块输出的电压大小的第二A/D采样模块以及用于切换正反向电流的继电器切换电路模块，所述二极管测试座用于可拆卸地安装待测二极管并使待测二极管连通测试电路，所述恒流源模块连接有用于控制其输出电流进行变化的D/A模块，所述D/A模块、第一A/D采样模块、第二A/D采样模块以及继电器切换电路模块均连接至一个单片机，所述继电器切换电路模块包括连接恒流源模块与测试电路的K1继电器、连接数控降压模块与测试电路的K2继电器以及连接第一A/D采样模块与测试电路的K3继电器，当电流正向导通时，所述K1继电器使测试电路连接恒流源模块，所述K2继电器使测试电路接地，所述K3继电器使第一A/D采样模块连接测试电路从而采集二极管两端的电压，所述单片机根据第一A/D采样模块采集到的数据拟合并输出二极管的正向伏安特性曲线图；当所述电流反向导通时，所述K2继电器使测试电路连接数控降压模块，所述K1继电器使测试电路接地且在该接地线路上串联有电阻R6，所述K3继电器使第一A/D采样模块连接电阻R6并采集电阻R6两端的电压，所述单片机根据电阻R6的阻值和电阻R6两端的电压计算出测试电路的电流，并根据第二A/D采样模块采集到的数控降压模块输出的电压减去第一A/D采样模块采集到的电阻R6两端的电压计算出二极管两端的电压，从而拟合并输出二极管的反向伏安特性曲线图。
优选地，还包括一个用于控制继电器切换电路模块的键盘输入模块，所述键盘输入模块与单片机连接。
更优选地，还包括一个用于显示二极管伏安特性曲线图的显示器，所述显示器与单片机连接。
更优选地，所述恒流源模块包括AD620放大器和OP07放大器。
更优选地，所述数控降压模块设有四位八段LED数码管显示装置以及工作状态指示灯。
更优选地，所述二极管测试座包括基座，所述基座的两侧分别设有一个可与测试电路连通的接线端子，所述基座上开设有用于插入待测二极管的引脚的插孔，所述插孔中设有用于与待测二极管的引脚接触的导电部件，所述导电部件与接线端子连接。
本实用新型的有益效果在于：实验开始前，将待测二极管安装到二极管测试座中，可使待测二极管连通测试电路，然后可开始进行二极管伏安特性测定的实验，首先测二极管的正向伏安特性，启动装置，K1继电器、K2继电器和K3继电器的常闭触点保持闭合，测试电路连通恒流源模块并接地，此时第一A/D采样模块可采集到二极管两端的电压大小，单片机通过控制D/A模块使其输出一定的电压给恒流源模块，该电压按一定的规律由小到大变化并作为恒流源模块的输入，从而可控制恒流源模块输出的电流也安装一定规律由小到大变化，在这个过程中第一A/D采样模块可采集到相应电流大小情况下二极管两端的电压，从而得到多组电压与电流的值，使得单片机能够拟合并输出二极管的正向伏安特性曲线图；然后测二极管的反向伏安特性，通过操作继电器切换电路模块来使K1继电器、K2继电器和K3继电器的常闭触点断开、常开触点闭合，使得测试电路连通数控降压模块并接地，并且此时在测试电路中电流击穿二极管之后流经的方向还串联有电阻R6，第一A/D采样模块可采集到电阻R6两端的电压大小，由于选用的电阻R6的阻值已知的，因此单片机可计算出流过电阻R6的电流的大小，即得出测试电路中流经二极管的电流大小，再由于第二A/D采样模块可采集数控降压模块输出的电压大小，那么通过将数控降压模块输出的电压减去电阻R6两端的电压即可得出二极管两端的电压，在这个过程中，手动控制数控降压模块输出电压，即可使单片机通过计算得到多组二极管的电压与电流的数据，从而能够拟合并输出二极管的反向伏安特性曲线图。整个实验过程无需使用到传统测量方法中的电表等器件，操作简单，并在极大程度上减少了误差，不仅如此，由于二极管是可拆卸地安装在二极管测试座上的，因此在对多个二极管进行测定时，换拆的速度快，可节约大量的时间，达到逐个快速测定二极管的正反伏安特性的效果。
附图说明
图1为本实用新型的整体原理框架示意图；
图2为实施例中正向电流导通时的整体电路原理图；
图3为实施例中反向电流导通时的整体电路原理图；
图4为实施例中二极管测试座的结构示意图。
附图标记为：
1——基座 2——接线端子 3——插孔
4——导电部件。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。
需要提前说明的是，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定” 等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
如图1-3所示，二极管伏安特性测定演示装置，包括用于给测试电路提供正向电流的恒流源模块、用于给测试电路提供反向电流的数控降压模块、连接在测试电路中的二极管测试座、可采集正向电流导通时二极管两端电压的第一A/D采样模块（电路原理图中为P2）、用于采集反向电流导通时数控降压模块输出的电压大小的第二A/D采样模块（电路原理图中为P5）以及用于切换正反向电流的继电器切换电路模块，二极管测试座用于可拆卸地安装待测二极管（电路原理图中为DX）并使待测二极管连通测试电路，恒流源模块连接有用于控制其输出电流进行变化的D/A模块（电路原理图中为P1），D/A模块、第一A/D采样模块、第二A/D采样模块以及继电器切换电路模块均连接至一个单片机，继电器切换电路模块包括连接恒流源模块与测试电路的K1继电器、连接数控降压模块与测试电路的K2继电器以及连接第一A/D采样模块与测试电路的K3继电器，当电流正向导通时，K1继电器使测试电路连接恒流源模块，K2继电器使测试电路接地，K3继电器使第一A/D采样模块连接测试电路从而采集二极管两端的电压，单片机根据第一A/D采样模块采集到的数据拟合并输出二极管的正向伏安特性曲线图；当所述电流反向导通时，K2继电器使测试电路连接数控降压模块，K1继电器使测试电路接地且在该接地线路上串联有电阻R6，K3继电器使第一A/D采样模块连接电阻R6并采集电阻R6两端的电压，单片机根据电阻R6的阻值和电阻R6两端的电压计算出测试电路的电流，并根据第二A/D采样模块采集到的数控降压模块输出的电压减去第一A/D采样模块采集到的电阻R6两端的电压计算出二极管两端的电压，从而拟合并输出二极管的反向伏安特性曲线图。
上述实施方式提供的二极管伏安特性测定演示装置，在实验开始前，将待测二极管安装到二极管测试座中，可使待测二极管连通测试电路，然后可开始进行二极管伏安特性测定的实验，首先测二极管的正向伏安特性，启动装置，K1继电器、K2继电器和K3继电器的常闭触点保持闭合，测试电路连通恒流源模块并接地，此时第一A/D采样模块可采集到二极管两端的电压大小，单片机通过控制D/A模块使其输出一定的电压给恒流源模块，该电压按一定的规律由小到大变化并作为恒流源模块的输入，从而可控制恒流源模块输出的电流也安装一定规律由小到大变化，在这个过程中第一A/D采样模块可采集到相应电流大小情况下二极管两端的电压，从而得到多组电压与电流的值，使得单片机能够拟合并输出二极管的正向伏安特性曲线图；然后测二极管的反向伏安特性，通过操作继电器切换电路模块来使K1继电器、K2继电器和K3继电器的常闭触点断开、常开触点闭合，使得测试电路连通数控降压模块并接地，并且此时在测试电路中电流击穿二极管之后流经的方向还串联有电阻R6，第一A/D采样模块可采集到电阻R6两端的电压大小，由于选用的电阻R6的阻值已知的，因此单片机可计算出流过电阻R6的电流的大小，即得出测试电路中流经二极管的电流大小，再由于第二A/D采样模块可采集数控降压模块输出的电压大小，那么通过将数控降压模块输出的电压减去电阻R6两端的电压即可得出二极管两端的电压，在这个过程中，手动控制数控降压模块输出电压，即可使单片机通过计算得到多组二极管的电压与电流的数据，从而能够拟合并输出二极管的反向伏安特性曲线图。整个实验过程无需使用到传统测量方法中的电表等器件，操作简单，并在极大程度上减少了误差，不仅如此，由于二极管是可拆卸地安装在二极管测试座上的，因此在对多个二极管进行测定时，换拆的速度快，可节约大量的时间，达到逐个快速测定二极管的正反伏安特性的效果。
需要说明的是，上述实施例中单片机通过预设的程序计算出结果，其所需的控制程序是非常简单的，可利用现有技术中常用的技术手段，本领域技术人员均可轻松实现，本实用新型并不涉及对程序的改进，故不在此进行赘述。
作为优选地，还包括一个用于控制继电器切换电路模块的键盘输入模块，键盘输入模块与单片机连接，以方便实验者控制继电器切换电路模块。
作为更优选地，还包括一个用于显示二极管伏安特性曲线图的显示器，显示器与单片机连接，能够更加方便地看到实验过程输出的二极管伏安特性曲线图。
作为更优选地，恒流源模块包括AD620放大器和OP07放大器。
作为更优选地，数控降压模块设有四位八段LED数码管显示装置以及工作状态指示灯，便于实时查看工作状态，还可设置按键锁定功能，防止误操作，也可设置自动输出功能，可根据需要开启或者关闭。
另外，在本实施例中，如图4所示，二极管测试座包括基座1，基座1的两侧分别设有一个可与测试电路连通的接线端子2，基座1上开设有用于插入待测二极管的引脚的插孔3，插孔3中设有用于与待测二极管的引脚接触的导电部件4，导电部件4与接线端子2连接。
上述实施例为本实用新型较佳的实现方案，除此之外，本实用新型还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
为了让本领域普通技术人员更方便地理解本实用新型相对于现有技术的改进之处，本实用新型的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本实用新型的内容。
Claims (6)
1.二极管伏安特性测定演示装置，其特征在于：包括用于给测试电路提供正向电流的恒流源模块、用于给测试电路提供反向电流的数控降压模块、连接在测试电路中的二极管测试座、可采集正向电流导通时二极管两端电压的第一A/D采样模块、用于采集反向电流导通时数控降压模块输出的电压大小的第二A/D采样模块以及用于切换正反向电流的继电器切换电路模块，所述二极管测试座用于可拆卸地安装待测二极管并使待测二极管连通测试电路，所述恒流源模块连接有用于控制其输出电流进行变化的D/A模块，所述D/A模块、第一A/D采样模块、第二A/D采样模块以及继电器切换电路模块均连接至一个单片机，所述继电器切换电路模块包括连接恒流源模块与测试电路的K1继电器、连接数控降压模块与测试电路的K2继电器以及连接第一A/D采样模块与测试电路的K3继电器，当电流正向导通时，所述K1继电器使测试电路连接恒流源模块，所述K2继电器使测试电路接地，所述K3继电器使第一A/D采样模块连接测试电路从而采集二极管两端的电压，所述单片机根据第一A/D采样模块采集到的数据拟合并输出二极管的正向伏安特性曲线图；当所述电流反向导通时，所述K2继电器使测试电路连接数控降压模块，所述K1继电器使测试电路接地且在该接地线路上串联有电阻R6，所述K3继电器使第一A/D采样模块连接电阻R6并采集电阻R6两端的电压，所述单片机根据电阻R6的阻值和电阻R6两端的电压计算出测试电路的电流，并根据第二A/D采样模块采集到的数控降压模块输出的电压减去第一A/D采样模块采集到的电阻R6两端的电压计算出二极管两端的电压，从而拟合并输出二极管的反向伏安特性曲线图。
2.根据权利要求1所述的二极管伏安特性测定演示装置，其特征在于：还包括一个用于控制继电器切换电路模块的键盘输入模块，所述键盘输入模块与单片机连接。
3.根据权利要求2所述的二极管伏安特性测定演示装置，其特征在于：还包括一个用于显示二极管伏安特性曲线图的显示器，所述显示器与单片机连接。
4.根据权利要求3所述的二极管伏安特性测定演示装置，其特征在于：所述恒流源模块包括AD620放大器和OP07放大器。
5.根据权利要求4所述的二极管伏安特性测定演示装置，其特征在于：所述数控降压模块设有四位八段LED数码管显示装置以及工作状态指示灯。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的二极管伏安特性测定演示装置，其特征在于：所述二极管测试座包括基座（1），所述基座（1）的两侧分别设有一个可与测试电路连通的接线端子（2），所述基座（1）上开设有用于插入待测二极管的引脚的插孔（3），所述插孔（3）中设有用于与待测二极管的引脚接触的导电部件（4），所述导电部件（4）与接线端子（2）连接。
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|---|---|---|---|---|
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