PN结正向压降温度特性的研究实验报告.docx

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1、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rqVg（0）Is=CTexp[-]（2）kT其中C是与结面积、掺质浓度等有关的常数：r也是常数；Vg（O）为绝

2、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c'kTrVf=Vg（O）——In——T———InTr+Vm（3）2if丿q其中V1二Vg（O）一kIn®TWIfJVn1=-口InTrq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2卩，由（3）式可得Vf二Vg（O）-Vg（0）"1丨-旦1nT（4）T1qM1丿按理想的线性温度影响，V

3、F应取如下形式:(5)(6)）、Vf1Vf理想=Vf1匕、兰！等于Ti温度时的值。由（3）式可得JVF1订Vg(O)-VfiTi所以V理想二VF1jl：T—t)=Vg(0)—Vg(O)—Vf1半%q一TiTi(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kkTT二V理想-Vf=-rT-T1Ln()rqqT1(8)设Ti=300°,T=310°k，取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

4、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Ifi，If2下工作，由此获得两者电压之差（Vfi-Vf2）与温度成线性函数关系，即VF1_VF2卫q1F2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、禾U用函数发生器，使If比例于绝对温度的r次方，则Vf—T的线性理论误差为？=0。(5)四、实验装置A为样品室，是一个可卸的筒实验系统由样品架和测试仪两

5、部分组成。样品架的结构如图所示，其中待测PN结样管（采状金属容器，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,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P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(高温导线)与容器绝缘，容器为电源负端，通过插件P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

6、。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0-1000卩A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0C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

7、作温度范围为218.2—423.2°(即-55—150C),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0C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—150C的工作温区内，输给显示单元的电压为-55—150mV便可采用量程为土200.0mV的31/2位LED显示器进行温度测量。另一组量程为土1000mV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

8、骤：1)打开测试仪电源，将开关K拨到If，由“If调节”使If=50吩。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