PN结正向压降与温度关系的研究和应用实验报告

实验题目：PN结正向压降温度特性的研究

实验目的：了解PN结正向压降随温度变化的基本关系式。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。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存在近似关系：

)exp(kTqVIsIFF

其中q为电子电荷，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，IS为反向饱和电流：

])0(exp[kTqVCTIsgr

由上面可以得到：

11)0(nrFgFVVInTqkTTIcInqkVV

其中

rnFgInTqKTVTIcInqkVV11)0(

在上面PN结正向压降的函数中，令IF=常数，那么VF就是T的函数。

考虑Vn1引起的线性误差，当温度从T1变为T，电压由VF1变为VF：

rnFggFTTqkTTTVVVV1111)0()0(

)(111TTTVVVFFF理想

rTTqkTTVVVTTrqkTVVVVFggFgF1111111)0()0(理想

两个表达式相比较，有：

rFTTLnqkTTTrqkVV)(11理想

综上可以研究PN结正向压降温度特性。

实验内容：1、求被测PN结正向压降随温度变化的灵敏度S（mv/℃）。作∆V—T曲线（使用Origin软件工具），其斜率就是S。

3.13 pn结正向压降与温度关系的研究和应用 1

3.13pn结正向压降与温度关系的研究和应用-1

实验3.13 PN结正向压降与温度关系的研究与应用

常用的温度传感器有热电偶、测温电阻器和热敏电阻等，这些温度传感器均有各自的优点，但也有它的不足之处，如热电偶适用温度范围宽，但灵敏度低、且需要参考温度；热敏电阻灵敏度高、热响应快、体积小，缺点是非线性，且一致性较差，这对于仪表的校准和调节均感不便；测温电阻如铂电阻有精度高、线性好的优点，但灵敏度低且价格较贵；而pn结温度传感器则有灵敏度高、线性较好、热响应快和体积轻巧易集成化等优点，所以其应用势必日益广泛。但是这类温度传感器的工作温度一般为-50℃-150℃，与其它温度传感器相比，测温范围的局限性较大，有待于进一步改进和开发。【实验目的】

1.了解PN结正向压降与温度的基本关系。

2.在恒流小电流条件下，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.学习曲线改直的数据处理方法。4.学习用excel进行曲线拟合的方法。【实验仪器】

PN结正向压降温度特性测试仪、温度传感器实验装置、加热炉、PT100温度传感器、PN结温度传感器和导体。[实验原理]

理想pn结的正向电流if和压降uf存在如下近似关系式：

如果Isexp（QUF）（3.13.1）KT，其中q是电子电荷；K是玻尔兹曼常数；T为绝对温度；Is是反向饱和电流（与PN结材料的带隙和温度有关），可以证明

is?ctexp(??qus(0)kt)(3.13.2)

式中，C是与结面积和杂质浓度相关的常数；？也是一个常数；当us（0）为绝对零时，PN结材料的导带底部和价带顶部之间的电位差。对应的QUS（0）是PN结材料的带隙宽度。

将式(3.13.2)代入式(3.13.1)，两边取对数可得

1

课程设计（论文）任务书

学 号 学生姓名 专业（班级）

设计题目 PN结正向压降与温度关系的研究和应用

设

计

技

术

参

数 设计参数：

温度的精度：0.1C

PN结的灵敏度:0.01CmV/

PN结的禁带宽度：0.01eV

设

计

要

求 1.了解PN结正向压降随温度变化的基本关系式；

2.在横流供电条件下，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.了解不同控温电流和工作电流时PN结正向压降随温度变化的性质

3.学习用PN结测温的方法。

工

作

量 15个工作日左右

工

作

计

划 2013/7/08----2013/7/11 实验选题

2013/7/12----2013/7/14 实验操作

2013/7/15----2013/7/17 实验论文

2013/7/18----2013/7/20 论文检查和修饰

2

参

考

资

料 1.杨素行.模拟电子技术基础[M]..清华大学出版社，2006；

2.张映辉. 大学物理实验[M].机械工业出版社,2010.1.1;

3.杭州大华.DH-SJ5温度传感器实验说明书[J].杭州大华仪器研究所.2005.

4.刘杰. PN结物理特性研究中的问题及处理[J].北京电力高等专科学校.2009.6

指导教师签字 基层教学单位主任签字

年 月 日 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书

第 1 页 共 11页 1

PN结正向压降与温度的关系的研究与应用

第２９卷第５期　Ｖ０１．２９　Ｎｏ．５　长春师范学院学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　２０１０年１Ｏ月　Ｏｃｔ．２０１０　

Ｏｒｉｇｉｎ在ＰＮ结正向压降与温度关系实验中的应用　

０引言　李玉珍，刘杨　

（运城学院机电公共实验中心，山西运城ｏ４４ｏｏｏ）　

［摘要］Ｏｒｉｇｉｎ是一种功能强大的数据处理和绘图软件，将Ｏｒｉｇｉｎ软件应用于ＰＮ结正向压降与温度　

关系实验能准确、快速地处理实验数据。　

［关键词】Ｏｒｉｇｉｎ；ＰＮ结；数据处理　

［中图分类号］Ｇ６４２．４２３　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１００８—１７８Ｘ（２０１０）０５—００３５—０３　

ＰＮ结正向压降与温度关系实验是普通物理中十分重要的实验之一，随着仪器的不断改进，实验过程操　

作比较简单。但是传统的实验数据处理方法主要有作图法、二乘法、逐差法等，这些方法都不可避免地要进　行一系列的人为计算过程，主观性大，误差大，处理又比较费时。本文采用Ｏｒｉｇｉｎ软件处理ＰｌＮ结正向压降　

与温度关系实验数据。Ｏｒｉｇｉｎ软件是当今世界上最著名的科技绘图和数据处理软件之一，利用Ｏｒｉｇｉｎ软件处　

理实验数据，具有简洁、快速与直观等特点，避免了人为因素所造成的误差。　

１买验原理　

对于给定的ＰＮ结材料，在允许的温度变换区间（一５０％　１５０％）内，在恒流供电条件下（即ＰＮ结正向工作　

电流ＩＦ不变），ＰＮ结的正向压降ＶＦ对温度Ｔ的依赖关系为　

ＶＦ＝Ｖｇ（ｏ）一（言ｈ　）Ｔ．　（１）　

其中，ｋ为玻尔兹曼常数，ｑ为电子的电量，ｃ是与结面积、掺杂浓度等有关的常数，Ｖ　（０）为绝对零度时ＰＮ　

结的导带底和价带顶的电势差，这就是ＰＮ结测温的理论依据。　

在方程（１）中，温度Ｔ是热力学温度，在实际使用时会有不便之处，为此，我们进行温标转换，采用摄氏温度　

ｔ来表示。即Ｔ＝２７３．２＋ｔ。从室温ｔＲ测起，ＡＶ为ＶＦ与室温ｔＲ时ＰＮ结的正向压降ＶＦ（ｔＲ）的差值，即ＰＮ结正