《pn结正向特性的研究实验报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《pn结正向特性的研究实验报告（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、pn 结正向特性的争论试验报告试验目的：1) 了解 PN 结正向压降随温度变化的根本关系式。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。3) 学习用 PN 结测温的方法。试验原理：抱负 PN 结的正向电流IF 和压降VF 存在如下近似关系qVI= Is exp(FF )1kT其中 q 为电子电荷；k 为波尔兹曼常数；T 为确定温度；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 rexp -qV (0)g2kT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)
2、为确定零度时 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 kc kTV= V (0) - InT -InT r = V + V3FgqIqF其中 kc 1n1V= V (0) - InTF1g qIKT ()V= -InT r n1q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V1 外还包含非线性项 Vn1 项所引起的线性误差。设温度由T1 变为T 时，正向电压由VF1 变为V，由 式可得3FTkT T rV= V (0) - V (0) - V-1 4FggF1 T1qnT1按抱负的线性温度影响
3、，VF 应取如下形式：V= VV+ F1 (T - T)5F抱负F1T1VF1 等于T1 温度时的V F 值。TT由3式可得VV F1 = -g(0) - VF1- k r6TTq1所以V= VV- VqgF1- k(- T )= V(0) - V(0) - VT -k (T - T)r7抱负F1+ -Tr T1g1gF1 Tq11由抱负线性温度响应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D = V- V= - kr(T - T)+ kTLn( T)r8抱负Fq1qT1设 T1=300k，T=310k，取r=3.4*,由8式可得=0.048mV，而相应的VF 的转变量约20mV
4、，相比之下误差甚小。不过当温度变化范围增大时，VF 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上升而线性下降，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I，I下工作，由此获得两者电压之差V- VF1F2F1F2与温度成线性函数关系，即V- VF1F 2= kT In I F1 qIF 2由于晶体管的参数有确定的离散性，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。F2、利用函数发生器，使 IF 比例于确定温度的r 次方，则 VT 的线性理论误差为=0。四、试验装置试验系统由样品架和测
5、试仪两局部组成。样品架的构造如以下图， 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 结样管承受 3DG6 晶体管的基极与集电极短接作为正级，放射极作为负极，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P 连接。1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 引入，P 和引线高温导线与容器绝缘，22容器为电源负端，通过插件P 的专用线与测试仪机壳相连接地，并将被测PN 结的温度1和电压信号输入测试仪。测试
6、仪由恒流源、基准电源和显示等单元组成。恒流源有两组，其中一组供给I ，电流输出范围为 0-1000A 连续可调，另一组用于加热，其控温电流F为 0.1-1A，分为十档，逐档递增或减0.1A，基准电源亦分两组，一组用于补偿被测PN结在 0或室温 T 时的正向压降V 0或 V T ，可通过设置在面板上的“V 调零”RFFR电位器实现V=0，并满足此时假设升温，V0，以说明正向压降随温度上升而下降。另一组基准电源用于温标转换和校准，因本试验承受AD590 温度传感器测温，其输出电压以 1mV/k 正比于确定温度，它的工作温度范围为 218.2423.2k即-55150，相输出电压为 218.2423
7、.2mV。要求配置 412 位的 LED 显示器，为了简化电路而又保持测量精度，设置了一组 273.2mV相当于 AD590 在 0时的输出电压的基准电压，其目的是将上述确实定温标转换成摄氏温标。则对应于-55150 的工作温区内，输给显示单元的电压为-55150mV。便可承受量程为200.0mV 的 31/2位LED 显示器进展温度测量。另一组量程为1000mV 的31/2 位LED 显示器用于测量I ，FV 和V，可通过“测量选择”开关来实现。F试验步骤：1) 翻开测试仪电源，将开关K 拨到 I ，由“I 调整”使 I =50A。FFFFF2) 将 K 拨到 VV=0。，登记初始温度T 和
8、对应V0的值。将K 置于V，由“V 调零”使3) 开启加热电源，逐步提高加热电流，当V 每转变 10 mV 读取一组V、T，记录 18 组试验数据。4) 关闭加热电流，在降温条件下重复上述操作，记录数据。5) 整理试验仪器。数据处理与误差分析：试验测量数据如下：试验起始温度T =26.0S工作电流 I =50AF起始温度为T 时的正向压降V T =609mVSFSV/mv升温过程T降温过程T-1030.129.9-2034.134.2-3038.638.3-4042.842.3-5047.146.5-6051.450.7-7055.654.9-8059.959.1-9064.163.4-100
9、68.367.6-11072.471.9-12076.776.1-13080.980.4-14085.184.7-15089.289.0-16093.593.2-17097.797.4-180102.0102.0表一：试验数据表利用 ORINGIN，将升温存降温过程分别作图：升温过程 V-T 曲线：V-T 曲线图像数据降温过程曲线：曲线图像数据由上图数据可知：升温时DV - T 曲线的斜率为-2.36628，其误差为 0.0025，而相关系数为 0.99998 降温时DV - T 曲线的斜率为-2.36247，其误差为 0.00443，而相关系数为 0.99994 两次所作图像的相关系数都格外
10、接近1，说明数据较好。在升温过程中PN 结正向压降随温度变化的灵敏度S=-2.366280.0025 mV/禁带宽度ET=gSV= VgvF(T ) + S DT = 0.609 + (-2.36628 ) (-273 .2) /1000 V = 1.255VS与公认值 1.21 比较有SD= | Eg (T) - E(T ) |S= | 1.255 -1.21|= 3.7%E(TS)E(TS)1.21在降温过程中PN 结正向压降随温度变化的灵敏度S=-2.362470.00443 mV/禁带宽度ET=gSV= VgvF(T ) + S DT = 0.609 + (-2.36247 ) (-2
11、73 .2) /1000 V = 1.254VS与公认值 1.21 比较有SD= | Eg (T) - E(T ) |S= | 1.254 -1.21|= 3.6%E(TS)E(TS)1.21误差分析：升温存降温过程得到的灵敏度、禁带宽度很接近，但由于试验过程中温度变化比较快，不能准确记录温度，使得禁带宽度与公认值差距较大，同时温度的测量精度比较低也增大了误差。思考题：1. 测 V 0或V T 的目的何在？为什么试验要求测VT 曲线而不是V T 曲线。FFRF答：测量V 0或V T 是为了能依据公式计算出在相应温度下的禁带宽度。FFRV T 曲线不利于读数而，试验中测量VT 曲线使V 每转变10mv 记录一组数据相F对便利。.2. 测VT 曲线为何按V 的变化读取T，而不是按自变量T 取V。答：试验过程中T 的变化相比照较快，并且变化不稳定，简洁造成较大的误差。
