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实验53PN结特性
实验5.3-PN结特性
实验名称:
实验5.3PN结特性
班级:
信计0902实验日期:
2011年5月5日
学生姓名:
宋鹏学号:
40964044组别:
J43
【实验目的】
1.研究PN结正向压降随温度变化的基本规律。
2.学习用PN结测温的方法。
3.学习一种测量玻尔兹曼常数的方法。
【实验原理】
PN结的I-V特性:
理想PN结的正向电流IF和正向电压VF存在如下近似关系式:
(1)
式中,q为电子电量,T为热力学温度,k为玻尔兹曼常数,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,两边取对数得:
可以证明:
(2)
式中,C是与PN结的结面积、掺杂浓度等有关的常数,k为玻尔兹曼常数,r为常数其值取决于少数载流子迁移率对温度的关系(通常取r=3.4),Vg(0)为热力学温度0K时PN结材料的导带底与价带顶的电势差,对于给定的PN结材料,Vg(0)是一个定值。
将公式
(2)代入公式
(1),两边取对数,整理后可得:
这就是PN结正向电压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。
【实验仪器】
QS-J型PN结正向压降温度特性实验组合仪
【实验内容】
1.测定玻尔兹曼常数k——测得常温下Si管PN结的IF-VF关系,并将所得到的结果与标准值k=1.3807×10-23J/K相比较。
2.VF(TR)的测量:
开启测试仪电源,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。
再将K拨到VF,记下VF(TR)值,再将K置于ΔV,调节ΔV使ΔV=0。
3.测定ΔV~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ΔV和T,至于ΔV、T的数据测量,可按ΔV每改变10mV(Si)或5mV(Ge)读取一组ΔV、T,这样可减小测量误差。
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,Si管测量升温(室温~85℃),Ge管测量降温(45℃~室温)。
4.求被测PN结正向压降随温度变化的灵敏度S(mV/℃)。
做ΔV~T曲线,其斜率就是S。
5.估算两种被测PN结材料的禁带宽度:
Eg(0)=qVg(0)
注意事项:
1.加热电流要缓慢增加,每分钟增加0.1A,直到0.5A为止,不再增加。
2.不要用手触碰PN结以及测温原件,以免损坏仪器。
3.温度降到45℃以下时再切换到Ge管进行测量,以免Ge管烧毁。
【数据与数据处理】
表5.3.0VF-IF
IF/uA
2
4
8
16
32
64
128
256
512
1024
VF/mv
532
548
563
580
598
615
633
651
670
688
InIF
0.693
1.386
2.079
2.773
3.466
4.159
4.852
5.545
6.238
6.931
VF/v
表5.3.1△v-T曲线测量数据记录表
PN结材料:
硅实验起始温度TS=21.0℃工作电流IF=50μA
起始温度为TS时的正向压降VF(TS)=610mV
控温电流/A
△V=VF(T)-VF(Ts)/mv
T/°C
T=(273.2+T)K
0.4A
-10
26.4
299.6
-20
31.0
304.2
-30
35.8
309
-40
40.5
313.7
-50
45.0
318.2
-60
49.8
323
-70
54.5
327.7
-80
59.1
332.3
-90
63.7
336.9
-100
68.1
341.3
-110
72.7
345.9
-120
77.3
350.5
-130
81.9
355.1
-140
86.6
359.8
表5.3.2△v-T曲线测量数据记录表
PN结材料:
锗实验起始温度TS=45℃工作电流IF=50μA
起始温度为TS时的正向压降VF(TS)=25mV
△V=VF(T)-VF(Ts)/mv
T/°C
T=(273.2+T)K
0
45.0
318.2
3
42.2
315.4
6
39.5
312.7
9
37.5
310.7
12
35.6
308.8
15
34.2
307.4
18
32.6
305.8
21
30.7
303.9
24
28.8
302
27
27.6
300.8
30
26.2
299.4
33
24.7
297.9
36
23.3
296.5
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