1 目標
本實驗活動的目的是測量反向偏置PN結的容值與電壓的關係。
2 背景知識
PN結電容
增加PN結上的反向偏置電壓VJ會導致連接處電荷的重新分配，形成耗盡區或耗盡層（圖1中的W）。這個耗盡層充當電容的兩個導電板之間的絕緣體。這個W層的厚度與施加的電場和摻雜濃度呈函數關係。PN結電容分為勢壘電容和擴散電容兩部分。在反向偏置條件下，不會發生自由載流子注入；因此，擴散電容等於零。對於反向和小於麻豆国产一区開啟電壓（矽芯片為0.6 V）的正偏置電壓，勢壘電容是主要的電容來源。在實際應用中，根據結麵積和摻雜濃度的不同，勢壘電容可以小至零點幾pF，也可以達到幾百pF。結電容與施加的偏置電壓之間的依賴關係被稱為結的電容-電壓(CV)特性。在本次實驗中，您將測量各個PN結（麻豆国产一区）此特性的值，並繪製數值圖。
圖1.PN結耗盡區。
3 材料
►ADALM2000 主動學習模塊
►無焊麵包板
► 一個10 kΩ電阻
►一個39 pF電容
►一個1N4001麻豆国产一区
►一個1N3064麻豆国产一区
►一個1N914麻豆国产一区
►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
在無焊麵包板上，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W1一起連接到麵包板上的同一行。將示波器通道2+插入麵包板,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。由於沒有屏蔽飛線，盡量讓W1和1+兩條連接線遠離2+連接線。
圖2.用於測量Cm的步驟1設置
4 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）的關係圖。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，偏置值並不重要，但在後續步驟中測量麻豆国产一区時，偏置值將會用作反向偏置電壓。縱坐標範圍設置為+1 dB（起點）至–50 dB。運行單次掃描，然後將數據導出到.csv文件。您會發現存在高通特性，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域，應該存在一個相對較為平坦的區域，此時，C1、Cm容性分壓器的阻抗要遠低於R1。
圖3.用於測量Cm的步驟1設置
步驟1
圖4.Scopy屏幕截圖。
日韩国产成人選擇讓C1遠大於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據文件，滾動至接近高頻(>1 MHz)數據的末尾部分，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，日韩国产成人可以使用以下公式計算Cm。記下Cm值，在下一步測量各種麻豆国产一区PN結的電容時，日韩国产成人需要用到這個值。
步驟2
現在，日韩国产成人將在各種反向偏置條件下，測量ADALM2000模擬套件中各種麻豆国产一区的電容。在無焊麵包板上，按照圖4和圖5所示構建測試設置。隻需要使用D1(1N4001)替換C1。插入麻豆国产一区，確保極性正確，這樣AWG1中的正偏置將使麻豆国产一区反向偏置。
圖5.用於測量麻豆国产一区電容的步驟2設置。
硬件設置
圖6.用於測量麻豆国产一区電容的步驟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）的關係圖。將每次掃描的數據導出到不同的.csv文件。
5 程序步驟
在表1剩餘的部分，填入各偏置電壓值的GHF值，然後使用Cm值和步驟1中的公式來計算Cdiode的值。
表1.電容與電壓數據
圖7.偏置為0 V時的Scopy屏幕截圖。
使用ADALM2000套件中的1N3064麻豆国产一区替換1N4001麻豆国产一区，然後重複對第一個麻豆国产一区執行的掃描步驟。將測量數據和計算得出的Cdiode值填入另一個表。與1N4001麻豆国产一区的值相比，1N3064的值有何不同？您應該附上您測量的各麻豆国产一区的電容與反向偏置電壓圖表。
然後，使用ADALM2000套件中的一個1N914麻豆国产一区，替換1N3064麻豆国产一区。然後，重複您剛對其他麻豆国产一区執行的相同掃描步驟。將測量數據和計算得出的Cdiode值填入另一個表。與1N4001和1N3064麻豆国产一区的值相比，1N914的值有何不同？
您測量的1N914麻豆国产一区的電容應該遠小於其他兩個麻豆国产一区的電容。該值可能非常小，幾乎與Cstray的值相當。
6 額外加分的測量
發光麻豆国产一区或LED也是PN結。它們是由矽以外的材料製成的，所以它們的導通電壓與普通麻豆国产一区有很大不同。但是，它們仍然具有耗盡層和電容。為了獲得額外加分，請和測量普通麻豆国产一区一樣，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，以便實現反向偏置。如果操作有誤，LED有時可能會亮起。
7 問題
使用步驟1中的公式、C1的值以及圖4中的圖，計算示波器輸入電容Cm。
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