pn结正向压降温度特性的设计研究实验报告

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1、WORD完美.格式编辑实验题目：PN结正向压降温度特性的研究实验目的：1)了解PN结正向压降随温度变化的基本关系式。2)在恒流供电条件下，测绘PN结正向压降随温度变化曲线，并由此确定其灵敏度和被测PN结材料的禁带宽度。3)学习用PN结测温的方法。实验原理：理想PN结的正向电流IF和压降VF存在如下近似关系（1）其中q为电子电荷；k为波尔兹曼常数；T为绝对温度；Is为反向饱和电流，它是一个和PN结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数，可以证明（2）其中C是与结面积、掺质浓度等有关的常数：r也是常数；Vg(0)为绝对零度时PN结材料的导带底和价带顶

2、的电势差。将（2）式代入（1）式，两边取对数可得（3）其中这就是PN结正向压降作为电流和温度函数的表达式。令IF=常数，则正向压降只随温度而变化，但是在方程（3）中，除线性项V1外还包含非线性项Vn1项所引起的线性误差。设温度由T1变为T时，正向电压由VF1变为VF，由（3）式可得（4）按理想的线性温度影响，VF应取如下形式：专业.整理.分享WORD完美.格式编辑（5）等于T1温度时的值。由（3）式可得（6）所以（7）由理想线性温度响应（7）式和实际响应（4）式相比较，可得实际响应对线性的理论偏差为（8）设T1=300°k，T=310°k，取

3、r=3.4*,由（8）式可得∆=0.048mV，而相应的VF的改变量约20mV，相比之下误差甚小。不过当温度变化范围增大时，VF温度响应的非线性误差将有所递增，这主要由于r因子所致。综上所述，在恒流供电条件下，正向压降几乎随温度升高而线性下降，可以改善线性度的方法大致有两种：1、对管的两个be结分别在不同电流IF1，IF2下工作，由此获得两者电压之差（VF1-VF2）与温度成线性函数关系，即由于晶体管的参数有一定的离散性，实际与理论仍存在差距，但与单个PN结相比其线性度与精度均有所提高。2、利用函数发生器，使IF比例于绝对温度的r次方，则VF

4、—T的线性理论误差为∆=0。四、实验装置专业.整理.分享WORD完美.格式编辑实验系统由样品架和测试仪两部分组成。样品架的结构如图所示，其中A为样品室，是一个可卸的筒状金属容器，筒盖内设橡皮0圈盖与筒套具相应的螺纹可使用两者旋紧保持密封，待测PN结样管（采用3DG6晶体管的基极与集电极短接作为正级，发射极作为负极，构成一只二极管）和测温元件（AD590）均置于铜座B上，其管脚通过高温导线分别穿过两旁空芯细管与顶部插座P1连接。加热器H装在中心管的支座下，其发热部位埋在铜座B的中心柱体内，加热电源的进线由中心管上方的插孔P2引入，P2和引线（高

5、温导线）与容器绝缘，容器为电源负端，通过插件P1的专用线与测试仪机壳相连接地，并将被测PN结的温度和电压信号输入测试仪。测试仪由恒流源、基准电源和显示等单元组成。恒流源有两组，其中一组提供IF，电流输出范围为0-1000μA连续可调，另一组用于加热，其控温电流为0.1-1A，分为十档，逐档递增或减0.1A，基准电源亦分两组，一组用于补偿被测PN结在0℃或室温TR时的正向压降VF（0）或VF（TR），可通过设置在面板上的“∆V调零”电位器实现∆V=0，并满足此时若升温，∆V<0；若降温，则∆V>0，以表明正向压降随温度升高而下降。另一组基准电源

6、用于温标转换和校准，因本实验采用AD590温度传感器测温，其输出电压以1mV/°k正比于绝对温度，它的工作温度范围为218.2—423.2°k（即-55—150℃），相输出电压为218.2—423.2mV。要求配置412位的LED显示器，为了简化电路而又保持测量精度，设置了一组273.2mV（相当于AD590在0℃时的输出电压）的基准电压，其目的是将上述的绝对温标转换成摄氏温标。则对应于-55—150℃的工作温区内，输给显示单元的电压为-55—150mV。便可采用量程为±200.0mV的31/2位LED显示器进行温度测量。另一组量程为±100

7、0mV的31/2位LED显示器用于测量IF，VF和∆V，可通过“测量选择”开关来实现。实验步骤：1)打开测试仪电源，将开关K拨到IF，由“IF调节”使IF=50μA。2)将K拨到VF，记下初始温度T和对应VF（0）的值。将K置于∆V，由“∆V调零”使∆V=0。3)开启加热电源，逐步提高加热电流，当∆V每改变10mV读取一组∆V、T，记录18组实验数据。4)关闭加热电流，在降温条件下重复上述操作，记录数据。5)整理实验仪器。数据处理与误差分析：实验测量数据如下：实验起始温度TS=26.0℃工作电流IF=50μA起始温度为TS时的正向压降VF（T

8、S）=609mV∆V/mv升温过程T℃降温过程T℃-1030.129.9专业.整理.分享WORD完美.格式编辑-2034.134.2-3038.638.3-4042