文档介绍：1 温度传感器的温度特性测量实验【目的要求】测量 PN 结温度传感器的温度特性; 测试 PN 结的正向电流与正向电压的关系( 指数变化规律) 并计算出玻尔兹曼常数。【实验仪器】 FD-ST-TM 温度传感器温度特性实验模块(需配合 FD-ST 系列传感器测试技术实验仪)含加热系统、恒流源、直流电桥、 Pt100 铂电阻温度传感器、 NTC 1K热敏电阻温度传感器、 PN 结温度传感器、电流型集成温度传感器 AD590 、电压型集成温度传感器 LM35 、实验插接线等)。【实验原理】“温度”是一个重要的热学物理量, 它不仅和我们的生活环境密切相关, 在科研及生产过程中, 温度的变化对实验及生产的结果至关重要, 所以温度传感器应用广泛。温度传感器是利用一些金属、半导体等材料与温度相关的特性制成的。常用的温度传感器的类型、测温范围和特点见下表。 PN 结温度传感器 1. 测试 PN 结的 Vbe 与温度变化的关系,求出灵敏度、斜率及相关系数 PN 结温度传感器是利用半导体 PN 结的结电压对温度依赖性,实现对温度检测的,实验证明在一定的电流通过情况下, PN 结的正向电压与温度之间有良好的线性关系。通常将硅三极管 b、c 极短路,用 b、e 类型传感器测温范围/℃特点热电阻铂电阻-200 —— 650 准确度高、测量范围大铜电阻-50 —— 150 镍电阻-60 —— 180 半导体热敏电阻-50 —— 150 电阻率大、温度系数大、线性差、一致性差热电偶铂铑-铂(S)0 —— 1300 用于高温测量、低温测量两大类、必须有恒温参考点(如冰点) 铂铑- 铂铑( B)0 —— 1600 镍铬- 镍硅( K)0 —— 1000 镍铬- 康铜( E) -200 —— 750 铁- 康铜(J) -40 —— 600 其它 PN 结温度传感器-50 —— 150 体积小、灵敏度高、线性好、一致性差 IC 温度传感器-50 —— 150 线性度好、一致性好 2 极之间的 PN 结作为温度传感器测量温度。硅三极管基极和发射极间正向导通电压 Vbe 一般约为 600mV ( 25 ℃), 且与温度成反比。线性良好, 温度系数约为-/ ℃, 测温精度较高, 测温范围可达-50 —— 150 ℃。缺点是一致性差,互换性差。通常 PN 结组成二极管的电流 I 和电压 U 满足( 1 )式?? 1 /?? kT qU SeII (1) 在常温条件下,且 1 / ?? KT qUe 时,(7 )式可近似为 kT qU SeII /?(2) (7)、(8 )式中:T 为热力学温度; Is 为反向饱和电流; 正向电流保持恒定条件下, PN 结的正向电压 U 和温度 t 近似满足下列线性关系 U=Kt+Ugo (3) (3) 式中 Ugo 为半导体材料参数, K为 PN 结的结电压温度系数。实验测量如下图。图中用恒压源串接 51K 电阻使流过 PN 结的电流近似恒流源。 2. 玻尔兹曼常数测定 PN 结的物理特性是物理学和电子学的重要基础之一。模块通过专用电路来测量研究 PN 结扩散电流与结电压的关系, 证明此关系遵循指数变化规律, 并准确的推导出玻尔兹曼常数( 物理学的重要常数之一)。由半导体物理学可知, PN 结的正向电流——电压关系满足式( 1) ,式( 1 )中, I