dn結(jié)正向電壓溫度特性研究

1、實(shí)驗(yàn)9PN結(jié)正向電壓溫度特性研究【目的和要求】1了解PN結(jié)正向電壓隨溫度變化的基本規(guī)律。2測繪恒流條件下PN結(jié)正向電壓隨溫度變化的關(guān)系圖線。3確定PN結(jié)的測溫靈敏度和被測PN結(jié)材料（硅）的禁帶寬度?！緦?shí)驗(yàn)原理】PN結(jié)溫度傳感器具有靈敏度高、線性較好、熱響應(yīng)快和體小輕巧易集成化等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用日益廣泛。但其測溫范圍局限性較大(一般為－50~150℃)，這還有待于進(jìn)一步改進(jìn)和開發(fā)。1PN結(jié)溫度傳感器的基本方程理想PN結(jié)的正向電流IF和正向電壓V

2、F在常溫VF＞0.1V時，存在如下近似關(guān)系式：IF=Isexp(－)43(1)KTqVF式中q為電子電量，K為玻爾茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度，Is為反向飽和電流，它是一個和PN結(jié)材料的禁帶寬度以及溫度等有關(guān)的系數(shù)?？梢宰C明：Is=CTrexp(－43(2)))0(KTqVg式中C是與PN結(jié)的結(jié)面積、摻雜濃度等有關(guān)的常數(shù)，K為玻爾茲曼常數(shù)，r在一定范圍內(nèi)也是常數(shù)，Vg(0)為熱力學(xué)溫度OK時PN結(jié)材料的導(dǎo)帶底與價帶頂?shù)碾妱莶?，對于給定的PN

3、結(jié)材料，Vg(0)是一個定值。將公式（2）代入公式（1），兩邊取對數(shù)，整理后可得：43(3)rrFFVVTqKTTICqkVgV?????1)0(ln)ln(其中，Vr=TICqKVgVF)ln()0(1??rTqKTln?式（3）是PN結(jié)正向電壓作為電流和溫度函數(shù)的表達(dá)式，它是PN結(jié)溫度傳感器的基本方程。2PN結(jié)測溫原理和溫標(biāo)轉(zhuǎn)換對給定的PN結(jié)材料，在允許的溫度變化區(qū)間內(nèi)，在恒流供電條件下，PN結(jié)的正向電壓VF對溫度的依賴關(guān)系取決于線

4、性項(xiàng)V1，正向電壓VF幾乎隨溫度升高而線性下降。即43(4)TICqkVgTVFF)ln()()0(??這就是PN結(jié)測溫的依據(jù)。定義為PN結(jié)溫度傳感器靈敏度FICqKSln?則VF(T)=Vg(0)－ST43(5)圖432PN結(jié)測試儀面板示意圖1、加熱指示2、△V、VF、IF顯示3、溫度顯示4、溫度校準(zhǔn)5、加熱電源輸出端6、測試信號輸出端7、VT輸出端8、△V輸出端9、△V、VF、IF選擇開關(guān)10、IF調(diào)節(jié)11、△V調(diào)節(jié)12、控溫電流選

5、擇【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1按圖433所示進(jìn)行連線?？販仉娏鏖_關(guān)置“關(guān)”位置，接上加熱電源線和信號傳輸線，兩者連接均為直插式。在連接信號線時，應(yīng)先對準(zhǔn)插頭與插座的凸凹定位標(biāo)記，再按插頭的緊線夾部位，即可插好。而拆除時，應(yīng)拉插頭的可動外套，決不可魯莽左右轉(zhuǎn)動，或操作部位不對而硬拉，否則可能拉斷引線影響實(shí)驗(yàn)。圖433實(shí)驗(yàn)連線圖2打開電流開關(guān)，預(yù)熱幾分鐘后，此時測試儀上將顯示出室溫機(jī)，與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)上的指示值相比較，以防系統(tǒng)誤差。記錄起始溫度tR。3將測量

6、選擇開關(guān)撥到IF，由IF調(diào)節(jié)使IF=50uA，再將K撥到VF，記下VF(tR)值，然后將K置于△V，由“△V調(diào)零”使△V=0。4開啟加熱電流（指示燈亮），逐步提高加熱電流進(jìn)行變溫實(shí)驗(yàn)，溫控電流范圍0.2A—0.5A。測定△V—T曲線，每改變10mV立即讀取一組△V，T值。整個實(shí)驗(yàn)過程升溫要慢，溫度控制在120℃以內(nèi)。完成表431，表432。tRVF(tR)IF溫控電流表431n△V(mV)t℃T=273.2tR1102203456789