大学物理实验课件 实验5.3 PN结的特性

实验5.3 PN结的特性

物理系：张师平

北京科技大学物理系张师平

引言

•PN结温度传感器具有灵敏度高、线性好、热响应快和体小轻巧等特点，广泛应用于温度数字化、温度控制以及用微机进行温度实时讯号处理等方面。

•目前，结型温度传感器主要以硅为材料，原因是硅材料易于实现功能化，即将测温单元和恒流、放大等电路组合成一块集成电路。

北京科技大学物理系张师平

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。

北京科技大学物理系张师平

北京科技大学物理系张师平

实验原理

——PN结的I-V特性

北京科技大学物理系张师平

实验仪器

•QS-J型PN结正向压降

温度特性实验组合仪

北京科技大学物理系张师平

测量

1.测定玻尔兹曼常数k——测得常温下Si管PN结的I F-

V F关系，并将所得到的结果与标准值

k=1.3807×10-23J/K相比较。

2.V F(T R)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I

F ，由“I

F

调节”使

I F=50μA。再将K拨到V F，记下V F(T R)值，再将K置于ΔV，调节ΔV使ΔV=0。

北京科技大学物理系张师平

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：

E g(0)=qV g(0)

北京科技大学物理系张师平

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。

北京科技大学物理系张师平

数据处理要求

1.使用坐标纸画出室温下的V F-I F曲线，计算玻尔兹

曼常数k，并与标准值k=1.3807×10-23J/K比较，

求出百分差。

2.使用Excel软件分别画出Si管和Ge管的V-T曲线，

利用软件计算曲线斜率分别得到测温灵敏度，并计算PN结材料禁带宽度，与标准值进行比较，

并计算百分差。

北京科技大学物理系张师平