文档介绍：实验报告 5-
姓名:张书磊学号:PB6210333
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****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,它是PN结温度传感器的基本方程。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)
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)
实验装置:
DS为待测PN结:RS为IF的取样电阻;开关k起测量选择与极性变换作用,其中R、P测IF;P、D测VF;S、P测∆V。
实验内容:
实验系统检查与连接
取下样品室的简套(左手扶筒盖,右手扶筒套顺时针旋转),查待测PN结管和测温元
件应分放在铜座的左、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。0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。
控温电流开关应放在“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。
VF(O)或VF(TR)的测量和调零
将样品室埋入盛有冰水(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),预热数分钟后,将“测量选择”开关(以下简称K)拨到IF,由“IF调节”使IF=50μA,待温度冷却至0℃时,将K拨到VF,记下VF(0)值,再将K置于∆V,由“∆V调零”使∆V=0。
本实验的起始温度TS从室温TR开始,只测Si管,按上述所列步骤,测量VF(TR)并使∆V=0。
测定∆V—T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∆V和T,至于∆V、T的数据测量,可按∆V每改变10mV立即读取一组∆V、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。
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,其斜率就是S。
估算被测PN结材料硅的禁带宽度Eg(0)=qVg(0)电子伏。根据(6)式,略去非线性,可得
∆T=-273.