PN结正向压降与温度(完结版)

《PN结正向压降与温度(完结版)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、PN结正向压降与温度关系的研究和应用（实验报告）姓名张艳平学号08152220376PN结正向压降与温度关系的研究和应用一、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。二、实验原理理想PN结的正向电流和压降存在如下近似关系式。(1)其中q为电子电荷；K为玻尔兹曼常数；T为绝对温度；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、掺杂浓度等有关的常数；

2、r也是常数为绝对零度时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。将（2）式代入（1）式，两边取对数可得(3)=其中，方程（3）就是PN结正向压降作为电流和温度函数的表达式，它是PN结温度传感器的基本方程。令＝常数，则正向压降只随温度而变化，但是在方程（3）中，除线性项外还包含非线性项。下面来分析一下项所引起的线性误差。设温度由变为T时，正向电压由变为，由（3）式可得：（4）按理想的线性温度响应，应取如下形式（5）等于温度时的值。由（3）式可得：（6）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

3、）设＝30OK，T＝31OK，取r＝，由（8）式可得△＝0.048mV;而相应的的改变量约20mV,相比之下误差甚小。不过当温度变化范围增大时,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，PN结的对T的依赖关系取决于线性项，即正向压降几乎随温度升高而线性下降，这就是PN结测温的依据。必须指出，上述结论仅适用于杂质全部电离，本征激发可以忽略的温度区间（对于通常的硅二极管来说，温度范围约）。如果温度低于或高于上述范围时，由于杂质电离因子减小或本征载流子迅速增加，-T关系将产生新的非线性，这一现象说明的-T特

4、性还随PN结的材料而异，对于宽带材料（如GaAs）的PN结，其高温端的线性区则宽；而材料杂质电离能小（如Insb）的PN结，则低温端的线性范围宽，对于给定的PN结，即使在杂质导电和非本征激发温度范围内，其线性度亦随温度的高低而有所不同，这是非线性项引起的，由对T的二阶导数可知的变化与T成反比，所以-T的线性度在高温端优于低温端，这是PN结温度传感器的普遍规律。此外，由（4）式可知，减小，可以改善线性度，但并不能从根本上解决问题，目前行之有效的方法大致有两种：1.利用对管的两个be结（将三极管的基极与集电极短路与发射极组成一个PN结），分别在

5、不同电流下工作，由此获得两者之差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FN结相比其线性度与精度均有所提高，这种电路结构与恒流、放大等电路集成一体，便构成集成电路温度传感器。2.OkiraOhte等人提出的采用电流函数发生器来消除非线性误差。由（3）式可知，非线性误差来自项，利用函数发生器，比例于绝对温度的r次方，则-T的线性理论误差为。实验结果与理论值颇为一致，其精度可达。三、实验方法和内容1.实验系统检查与连接A.取下样品室的筒套（左手扶筒盖，右手扶筒套逆时针旋转）待测PN结管和测温元件应分

6、放在铜座的左、右两侧圆孔内，其管脚不与容器接触，然后放好筒盖内的橡皮0圈，装上筒套。O圈的作用是当样品室在冰水中进行降温时，以防止冰水渗入室内。6B.控温电流开关置“关”位置，此时加热指示灯不亮。接上加热电源线和信号传输线.两者连线均为直插式，在连接信号线时，应先对准插头与插座的凹凸定位标记，再按插头的紧线夹部位，即可插入。而拆除时，应拉插头的可动外套，决不可鲁莽左右转动，或操作部位不对而硬拉，否则可能拉断引线影响实验。2.的测量和调零将祥品室埋入盛有冰水（少量水）的杜瓦瓶中降温，开启测试仪电源（电源开关在机箱后面，电源插座内装保险丝），顸

7、热数分钟后，将“测量选择”开关（以下简称K）拨到，由“调节”使待温度冷却至时，将K拨到，记下值，再将K置于，由“调零”使＝O。本实验的起始温度Ts亦可直接从室温开始，按上述步骤，测量并使＝O。3.测定曲线取走冰瓶，开启加热电源（指示灯即亮），逐步提高加热电流进行变温实验，并记录对应的和T，至于的数据测量，可按每改变10或15mV立即读取一组、T，这样可以减小测量误差。应该注意：在整个实验过程中，升温速率要慢。且温度不宜过高，最好控制在120左右。4.求被测PN结正向压降随温度变化的灵敏度S（mV／）。作-T曲线，其斜率就是S。5.估算被测P

8、N结材料硅的禁带宽度Eg（O）＝qVg（0）电子伏。根据（6）式，略去非线性项，可得即摄氏温标与开尔文温标之差。将实验所得的Eg（0）与公认值Eg（0）＝1.21电子伏比较，求其