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    PN结正向压降温度特性研究实验报告

    时间：2021-03-17 18:06:37 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索：降温 特性 实验

    PN结正向压降温度特性的研究实验报告 本文关键词：降温，特性，实验，报告，研究

    PN结正向压降温度特性的研究实验报告 本文简介：实验报告评分：7系09级学号PB09007163姓名李秋阳日期2010年10月13日实验题目：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

    PN结正向压降温度特性的研究实验报告 本文内容：

    实

    验

    报

    告

    评分：

    7

    系

    09

    级

    学号

    PB09007163

    姓名

    李秋阳

    日期

    2010年10

    月13日

    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：

    （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—T的线性理论误差为?=0。

    四、实验装置

    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，?V0，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±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10

    mV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（TS）=609mV

    ?V/mv

    升温过程T℃

    降温过程T℃

    -10

    30.1

    29.9

    -20

    34.1

    34.2

    -30

    38.6

    38.3

    -40

    42.8

    42.3

    -50

    47.1

    46.5

    -60

    51.4

    50.7

    -70

    55.6

    54.9

    -80

    59.9

    59.1

    -90

    64.1

    63.4

    -100

    68.3

    67.6

    -110

    72.4

    71.9

    -120

    76.7

    76.1

    -130

    80.9

    80.4

    -140

    85.1

    84.7

    -150

    89.2

    89.0

    -160

    93.5

    93.2

    -170

    97.7

    97.4

    -180

    102.0

    102.0

    表一：实验数据表

    利用ORINGIN，将升温和降温过程分别作图：

    升温过程

    ΔV-T曲线：

    ΔV-T曲线

    图像数据

    降温过程ΔＶ－Ｔ曲线：

    ΔＶ－Ｔ曲线

    图像数据

    由上图数据可知：

    升温时曲线的斜率为-2.36628，其误差为0.0025，而相关系数为0.99998

    降温时曲线的斜率为-2.36247，其误差为0.00443，而相关系数为0.99994

    两次所作图像的相关系数都非常接近1，说明数据较好。

    在升温过程中PN结正向压降随温度变化的灵敏度S=-2.36628±0.0025

    mV/℃

    禁带宽度

    Eg（TS）=

    与公认值1.21比较有

    在降温过程中PN结正向压降随温度变化的灵敏度S=-2.36247±0.00443

    mV/℃

    禁带宽度

    Eg（TS）=

    与公认值1.21比较有

    误差分析：

    升温和降温过程得到的灵敏度、禁带宽度很接近，但由于实验过程中温度变化比较快，不能准确记录温度，

    使得禁带宽度与公认值差距较大，同时温度的测量精度比较低也增大了误差。

    思考题：

    1．

    测VF（0）或VF（TR）的目的何在？为什么实验要求测?V—T曲线而不是VF—T曲线。

    答：测量VF（0）或VF（TR）是为了能根据公式计算出在相应温度下的禁带宽度。

    VF—T曲线不利于读数而，实验中测量?V—T曲线使?V每改变－10mv记录一组数据相对方便。.

    2．

    测?V—T曲线为何按?V的变化读取T，而不是按自变量T取?V。

    答：实验过程中T的变化相对比较快，并且变化不稳定，容易造成较大的误差。

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