FD-PN-4 PN结物理特性综合实验仪说明书.doc

FD-PN-4 PN结物理特性综合实验仪 （扩散电流与结电压关系，结电压与温度T关系） 说 明 书 上海复旦天欣科教仪器有限公司 中国 上海 FD－PN－4型 PN结物理特性综合实验仪 （PN结的伏安特性与温度特性测量仪） 一、概述 半导体PN结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一。本仪器用物理实验方法，测量PN结扩散电流与电压关系，证明此关系遵循指数分布规律，并较精确地测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一),使学生学会测量弱电流的一种新方法。。本仪器同时提供干井变温恒温器和铂金电阻测温电桥，测量PN结结电压与热力学温度T关系，求得该传感器的灵敏度，并近似求得0K时硅材料的禁带宽度。本仪器提供实验物理内容丰富、概念清晰、测量结果准确度高。本仪器主要供大专院校普通物理实验教学用。仪器稳定可靠，结构设计合理，很适用于教学用。 二、用途 1、测量PN结扩散电流与结电压关系，通过数据处理证明此关系遵循指数分布规律。 2、较精确地测量玻尔兹曼常数。(误差一般小于2%) 3、学习用运算放大器组成电流—电压变换器测量10-6A至10-8A的弱电流。 4、测量PN结结电压与温度关系，求出结电压随温度变化的灵敏度。 5、近似求得0K时半导体（硅）材料的禁带宽度。 6、学会用铂电阻测量温度的实验方法和直流电桥测电阻的方法。 三、仪器组成及技术特性 本仪器由四部分组成： 1、直流电源 ±15V直流电源一组，即[+15V—0V(地)— -15V]； 1.5V直流电源一组 2、数字电压表 三位半数字电压表0—2V 一只； 四位半数字电压表0—20V 一只； 3、实验板 由运算放大器LF356、印刷引线、接线柱、多圈电位器组成。TIP31型三极管外接。 4、恒温装置 干井式铜质可调节恒温 恒温控制器控温范围，室温至80℃；控温精度0.01℃； 5、测温装置 铂电阻及电阻组成直流电桥测温0℃（）。 四、保养和维护 1、接±12V或±15V，但不可接大于15V电源。±15V电源只供运算放大器使用，请勿作其它用途。 2、运算放大器7脚和4脚分别接+15V和-15V，不能反接，地线必须与电源0V(地)相接(接触要良好)。否则有可能损坏运算放大器，并引起电源短路。一旦发现电源短路(电压明显下降),请立即切断电源。 3、要换运算放大器必须在切断电源条件下进行，并注意脚不要插错。元件标志点必须对准插座标志槽口。 4、请勿随便使用其它型号三极管做实验。例TIP31三极管为NPN管，而TIP32型三极管为PNP管，所加电压极性不相同。 5、陶瓷介质铂电阻请勿让学生随便取出，以免损坏陶瓷介质及拉断引线。 6、必须经教师检查线路接线正确，学生才能开启电源，实验结束应先关电源，才能拆除接线。 五、仪器 六、仪器及附件 1、直流电源、数字电压表、温控仪组合装置（包括±15V直流电源、0－1.5V及3.0V直流电源、三位半数字电压表、四位半数字电压表、温控仪）。 2、TIP31型三极管（带三根引线）1个，3DG三极管1个。 3、干井铜质恒温器（含加热器）及小电风扇各1个。 4、配件：LF356运算放大器各2块，TIP31型三极管1只，引线9根；用户自配：ZX21型电阻箱1只。 半导体PN结的物理特性及弱电流测量实验介绍 （本实验讲义由复旦大学物理实验教学中心提供） 目的： 1、在室温时，测量PN结电流与电压关系，证明此关系符合指数分布规律。 2、在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数。 3、学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流。 4、测量PN结电压与温度关系，求出该PN结温度传感器的灵敏度。 5、计算在0K温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度。 原理 1、PN结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知，PN结的正向电流-电压关系满足： I=I0[exp(U/)-1] (1) 式(1)中I是通过PN结的正向电流，I0是反向饱和电流，在温度恒定是为常数，T是热力学温度，是电子的电荷量，U为PN结正向压降。由于在常温(300K)时，/≈0.026v ，而PN结正向压降约为十分之几伏，则exp(U/)1,(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有： I=I0exp(U/) (2) 也即PN结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN结I-U关系值，则利用(1)式可以求出/。在测得温度T后，就可以得到/常数，把电子电量作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数。 在