專題製作——二極體小訊號電阻及C-V測量
零件
LF411 一枚；
LM741 一枚；
可變電阻 1kΩ 一枚；
電阻 100Ω 、1MΩ 各二枚；
10kΩ、19.9kΩ、50kΩ 各一枚；
電容 4.7µF 三枚；
33pF 兩枚；
紅光LED 一枚；
二極體 1N4007 一枚；
玻璃纖維電路板 數塊；
塑膠六角柱及螺絲 四組；
L型鋁板 兩個；
CD壞片（請自備） 二片。
單刀雙擲開關 二個；
單刀單擲開關 一個；
端子及BNC接頭 數個。
目的
(1) 利用運算放大器製作加法器。
(2) 利用加法器量測二極體動態電阻及電容與偏壓之關係。
(3) 熟悉玻璃纖維板用法。
(4) 練習焊接技術。
相關知識
(1) 運算放大器基本知識，請參考實驗三、四。
(2) 二極體基本知識，請參考實驗六、七。
(3) 焊接基本知識，請參考網站上之補充資料。
說明
(1) 加法器電路利用LM741運算放大器製作，電路如下：
(2) 利用加法器來量測二極體的動態特性：
(A) Forward Bias
當順向偏壓的時候，二極體的動態電阻約為
0
25 I rd = mV
利用下圖中基本測量電路電路，Source由加法器將DC與AC電壓訊號加起來 的訊號提供，DC部分由1k可變電阻調整，AC Source維持10mVrms，1kHz的 訊號（加法器會將輸入之AC訊號除以100倍）。直流電流可以藉由R1及R2 的選擇決定在1µA到10µA或10µA到1mA的範圍，AC電流則固定在10nA或 1µA。要決定準確的直流電流時，先用電表測R1或R2上的電位降，除以R1 或R2即可。Vout之AC部分接到下面描述之200倍放大器測出D1上之AC電 壓，除以AC電流即可得r 。量測出d r 對d
0
1
I 的圖，並求出斜率。
(B) Reverse Bias
當二極體在逆向偏壓時，動態模 型會由Depletion Capaciatance所主 導，所以在這裡要來量測此一電 容，如右圖電路，Source是以 1kHz，50mVrms的AC訊號加上DC Source由可變電阻調整電壓，由於 二極體此時的電容大小會隨著逆 向偏壓而改變：
例如對於單側陡接面
) (
2V V N q C W
bi B s s
j =ε = ε −
對於線性斜坡接面
13 2
) (
12
= −
= V V
qa C W
bi s s
j
ε ε
所以只要以C 與V 作圖，就可以分析出接面性質。對於任一pn接面：j
=
dV C d W q
N
j
s (1/ )/
1 ) 2
( 2
ε
用1/C 對V作圖，由斜率可求出N(W)，即雜質濃度。假如pn接面的N2j D及NA
(3) 因為之前程序的Vout訊號很小，所以在量測之前，加上一級放大器，將訊 號放大200倍，並加上一電容阻隔DC訊號。
程序
＜1＞基本元件焊接
1. 先要將LF411跟LM741和在八隻腳的基板上，要 注意運算放大器不能承太高溫，所以要先在基板 上裹錫，再將OP焊上去。如右圖
2. 按電路圖上所示，將整個電路排放到大型玻璃纖維板（接地板）上，電路部 分需用焊接，但是一個個小塊電路基板，皆用雙面膠黏到接地板上。
其形式如下圖：
C
B
D A
＜2＞電路配置說明
1. 圖中A部分為加法器的電路，其中 L型鋁條上裝置一個BNC接頭作為 AC IN，兩個端子作為DC IN。如下圖所示：
2. 圖中B、C部分為二極體量測部分，因為要量測順向及逆向偏壓，所以要用 開關切換，B部分為順向偏壓，C部分為逆向偏壓部分。
B部分： C部分 3. D部分是放大器部分。
1. 將程序＜1＞＜2＞電路圖合併為下圖，現在就要將上圖的電路，利用焊接 的方法，將元件固定在玻璃纖維板上
2. 玻璃纖維板的連接，就像一個小型麵包板，在焊接之前，要先確定元件之 間的連接是對的，才能焊接。
