pn结正向压降温度特性的研究实验报告.docxVIP

实 验 报 告 评分： 7 系 09 级 学号 P姓名 李秋阳 日期 2010 年 10 月 13 日 实验题目： 实验目的：  PN 结正向压降温度特性的研究 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。 学习用 PN 结测温的方法。 实验原理： 理想 PN 结的正向电流 I F 和压降 V F 存在如下近似关系 I F Is exp( qVF ) （ 1） kT 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 Is CT r exp[ qVg (0) （ 2） ] kT 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 VF Vg (0) k In c T kT InT r V1 Vn1 （ 3） q I F q 其中 V1 Vg (0) k In c T q I F Vn1 KT InT r q 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 V 1 外还包含非线性项 V n1 项所引起的线性误差。 设温度由 T 1 变为 T 时，正向电压由 V F1 变为 V F，由（ 3）式可得 实 验 报 告 评分： 7系09 级 学号 P姓名 李秋阳 日期 2010 年 10 月 13日 T kT 1n T r VF Vg (0) Vg (0) VF1 （ 4） T1 q T1 按理想的线性温度影响， VF 应取如下形式： VF理想 VF 1 VF1 (T T1) （ 5） T VF1 等于 T1 温度时的 VF 值。 T T 由（ 3）式可得 VF 1 Vg (0) VF1 k （ 6） T T1 r q 所以 V理想 VF 1 Vg VF1 k T T1 Vg (0) Vg ( 0) VF 1 T k T1 r （ 7） T1 r T1 T q q 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 V理想 VF k r T T1 kT Ln ( T )r （ 8） q q T1 设 T1=300 °k，T=310 °k，取 r=3.4*, 由（ 8）式可得 ?=0.048mV ，而相应的 V F 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， V F 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（ V F1- V F2）与温度成线 性函数关系，即 VF 1 VF 2 kT In I q I  1 F 2 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 I F 比例于绝对温度的 r 次方，则 V F— T 的线性理论误差为 ?=0。 实 验 报 告 评分： 7 系 09 级 学号 P姓名 李秋阳 日期 2010 年 10 月 13 日 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 P 2 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 I F，电流输出范围为 0-1000 μ A 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