补偿法测二极管伏安特性的实验技巧

声器阵的宽频带和高声强特性, 已被作为测量用

[6]

的高强声源成功的应用. 按照不同尺寸, H art m ann 发声器的组合可改变频谱形状, 以造成符合要求的声场. 带中心杆的H ar tm ann 发声器的基频经验公式[7]为

[7]

f 1=.

4d 深+1. 6D 喷P 02. 4 石油工业

声波在防蜡、降黏、防垢和解堵等方面的应用相当成功. 已有试验表明, 经H artmann 发声器作用后, 较低渗透率岩心的渗透率提高126. 5%, 较高渗透率岩心的渗透率提高177. 1%.胜利油田解堵试验取得了良好的效果, 试验井为4口油井和6口水井, 油井为绕丝管堵塞井, 作用后平均单井增液20t , 日增油5. 4t , 平均有效期为139d 水井平均日增水55. 2m 3, 有效期为243d , 解堵有效率为100%.解堵和增油效果都很明显[2].

3 H artmann 哨的现状与展望

[1][2][3][4][5][6][7]

近年来, H artmann 哨已被广泛应用于医学、石油工业以及航空实验等方面, 展现了极大的生命力. 然而, 由于H ar tm ann 哨使用气体射流作为动力源来激发声波, 射流和腔体的耦合发声所涉及到的物理模型和物理机制也各不相同, 其研究理论缺乏, 不能系统完全地描述其基本规律. H artm ann 哨中涉及的数学处理也非常复杂和困难, 因而H artmann 哨的发生机理还没有得到令人满意的解释, 大部分的研究仅限于有关实验现象的分析. 在一系列有关的应用中, 设计者也是主要根据各种经验公式和不同的实验曲线给出的结果与特征趋势来考虑问题. 对于实验要求来说, 理论上的精确预示与计算有关的声波特征(例如H artm ann 哨的具体结构与辐射声波的频率关系, 声波强度与声场分布的规律等) , 无疑会更有利于此类发生器的广泛应用和控制.

总之, 对H artmann 哨的辐射机理及其特征的进一步研究, 是今后值得进一步深入探讨的一个问题.

参考文献

路斌. 喷注式声波增注器的试验研究[J]. 石油矿场机械, 2001, 30(5) :8 12.

路斌. 哈特曼声波发生器声学传播特性及其应用研究[J]. 石油大学学报, 2004, 28(6) , 123 125. 胡传斌, 张文仲, 刘东. 超声雾化装置在鲍店煤矿选煤厂的研制与应用[J]. 选煤技术, 2007(8) :48 49. 李焦明. 声波清灰技术的应用[J]. 中国水泥, 2002(9) :19 20.

张光泽, 刘亚年. 声波清灰器的原理及应用[J ]. 石油化工设备技术, 2003, 24(1) :46 48. 谷嘉锦. 高声强声源及其应用[J]. 声学技术, 1997, 16(1) :9 13.

谷嘉锦, 张强. 哈特曼发声器的实验研究[J ]. 应用声学, 1993, 12(5) :15 20.

编辑:琳莉

补偿法测二极管伏安特性的实验技巧

吴春雷

(牡丹江师范学院物理系, 黑龙江牡丹江157012)

[中图分类法]O462. 5 [文献标识码]A [文章编号]1003-6180(2008) 02-0045-02

二极管伏安特性实验是大学物理实验中的一个基本实验, 为准确测量二极管的伏安特性, 必须有效地降低电压表和电流表的接入影响, 补偿法可以达到这个目的, 而且此方法有利于学生对补偿原理及电桥的理解和巩固, 由于二极管阴值是非线性的, 阴值变化的范围又比较广, 给实验增加了难度. 为了顺利开展实验, 本文将谈一谈补偿法测二极管伏安特性的实验技巧.

1 电源的选取技巧

实验测量过程中, 当U D 低于阈值电压和二

收稿日期:2007 10 12

极管反向时, 无论怎样调节电阻箱R 0(ZX21型) ,

均无法使检流计G 指示为零. 即很难测量二极管低于阀值电压时的伏安特性和反向时的伏安特性. 产生这种现象的原因是二极管直流电阻的非线性, 当U D 低于阈值电压和二极管反向时, 其直流电阻很大. 图1所示的桥式电路的平衡条件是

0A 12(1) R P =2V

R 2 +R V 2V

R 0+R A =(R 1+R 2 ) R P . (2)

R 2 R V

电压可调的电源, 能较容易测出正向伏安特性, 但不易细调电压. 如果R 1取100 , R 2取1000 , 此时R 1可起到精细调节电压的作用, 但这种情况下, 需要改变电源电压才能使R 0在阻值范围内调节电桥平衡, 即需要端电压连续可调的电源.

3 R 1和R 2滑动端的调节技巧

图1 二极管伏安特性测试线路

如果电源电压是确定的, 那么当U D 低于阈值电压时, 电压较小. 只有R 2 的值较大, R 2的值较小, 才能使电压表的示数较小. 显然, (2) 式右端乘积较大, 想左右相等, 只有调大R 0的值. 而R 0的最大值是受限的, 会出现即使把R 0的值调到最大, 也无法使(1) 式成立, 即无法使检流计G 示数为零. 可见, 要想使电桥平衡, 需要有一个足够大的R 0的值, 甚至达几十万欧的阻值, 这就需要多个电阻箱. 如果将电源换成端电压从0V 起连续可调, 在U D 低于阈值电压时, 电源调到相应的电压后, R 2的值较小, R 2 的值较大, 可以使电压表的示数较小, 这样, R 0的值无需很大就可以使电桥平衡. 二极管反向的阻值更大, 大约106个数量级, 根据(1) 式知, R 2 的值较小, R 2 的值较大时, 调解R 0的值, 较容易使电桥平衡, 但由于R 2 、R 2 值的变化范围很小, 只靠调R 1的值改变电压表的示数, 改变的范围会很小, 因为R 1 R 2, 否则电桥更难调平衡, 故需要端电压连续可调的电源. 根据以上的分析, 在实验中应选择端电压连续可调的电源.

在测反向伏安特性时, 应使R 2 值较小, R 2 值较大, R 1的接入阻值尽量小些, 即尽量使(1) 式的值较小, 但值也不能过于小, 否则要求R 0的阻值比零还要小才能使电桥平衡, 这主要是电路中的接触电阻造成的. 一般滑动端的位置需要较小的变化, 主要靠改变电源电压的方式使整个测量过程电桥能调节平衡. 实验中要特别注意根据二极管阻值的变化情况及电桥平衡条件判断R 1和R 2滑动端的调节方向.

4 安培表的选取技巧

由于正向时二极管的阻值变化非常大, 几乎会有3个数量级的变化(2AP9型二极管) , 所以实验中电流变化也非常大. 故实验中测量电流时安培表一定要根据具体情况改变量程, 否则电压较小时测得的电流非常不准确. 实验中应选择一个多量程的安培表. 表1以测量2A P9型二极管正向伏安特性为例说明了此问题.

5 检流计选取及判断电桥平衡的技巧

在测量反向伏安特性时, 由于反向电流非常小, 如果没有高灵敏度的检流计, R 0在很大范围内检流计都不偏转. 可以通过观察检流计接通的瞬间微安表的示数是否变化, 判断是否有电流经过检流计, 从而得知电桥是否平衡. 表2是分别利用J23型检流计(3 10-7档) 和微安表判断的电桥平衡测得的二极管反向时的U D -I D 对应值. 通过数据对比发现, 在误差允许范围内, 利用两种方法判断电桥平衡是等效的.

2 R 1和R 2阻值的选取技巧

一般情况下R 1 R 2较好. 在测量2A P9型二极管的正向伏安特性时, 如果R 1、R 2均取1000 , 电源电压调到1V 左右, 调节R 1和R 2滑动端的位置, 二极管两端电压可按实验要求从0V 调到0. 6V, 且R 0很容易找到平衡点, 不用端

表1 2A P9型二极管正向U D -I D 对应值

U D /V

50mA 档

I D /mA

5mA 档2mA 档

0. 10估不准估不准0. 010

0. 200. 2000. 1200. 120

0. 300. 9500. 8450. 824

0. 403. 5003. 475超出量程

0. 5010. 600超出量程超出量程

0. 6021. 600超出量程超出量程

表2 二极管反向时的U D -I D 对应值

判断电桥平衡方式检流计/3 10-7档

微安表

U D /V I D / A I D / A

1. 01. 001. 02

2. 01. 221. 23

3. 01. 401. 41

4. 01. 551. 55

5. 01. 701. 70

6. 01. 821. 82

7. 01. 961. 98

8. 02. 112. 10

9. 02. 222. 23

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