PN结物理特性及玻尔兹曼常数测量

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PN结的物理特性实验

PN结的物理特性实验

量中。
LF356 是一个高输入阻抗集成运算放大 器, 用它组 成的 电流- 电压 变换器( 弱电 流放
大器) , 如图4 .1 .2 所示。其中虚线框内电阻 Zr 为电流- 电压 变换 器等 效输入 阻抗( 弱电
流放大器等效内阻) 。由图4 .1 .2 可知, 运算放大器的输出电压为
Uo = - K0 Ui
量作为已知值代入, 即可得到玻耳兹曼常数 k 。
为了 验 证 式( 4 .1 .2) 及 求 出 准 确 的 e/ k 常 数 , 在 实 际 测 量 中, 选 取 性 能 良 好 的
TIP31 型 硅三 极管( NPN 管) , 接 成 共 基 极 线 路。 实 验 中, 发 射 极 与 基 极 处 于 较 低 的 正
图4 .1 .2 电流- 电压变换图
[ ᇔ僂Ԡಞ] FD- PN- 2 型 PN 结物理特性测 定仪, 其 主要 组 成部 分 有电 源、数 字 电压 表 组 合装 置
( 包括±15 V 直流电源、1 .5 V 直流电源、三位半 数字电 压表、四位 半数 字电 压表) 及 实验 板一块( 由电路图、LF356 运算放 大器、印 刷电路 引线、多 圈电 位器、接 线 柱等 组成) , 带 3 根引线的 TIP31 型硅三极管, 温度计。 [ ᇔ僂޻ᇯ]
( 1) 将测得的 U1 和 U2 各对数据, 以 U1 为自变量, U2 作因变量, 分别代入: ①线性函
数 U2
=
a U1
+
b;
②乘幂函数 U2
=
a
Ub 1
;
③指数函数 U2
=
aexp(
b U1 )
,
求出各函数相应的 a
和b 值, 得出3 种函数的经验公式。

pn结特性测量

pn结特性测量

PN 结的伏安特性与温度特性测量半导体PN 结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一。

使用本实验的仪器用物理实验方法,测量PN 结扩散电流与电压关系,证明此关系遵循指数分布规律,并较精确地测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一),使学生学会测量弱电流的一种新方法。

本实验的仪器同时提供干井变温恒温器和铂金电阻测温电桥,测量PN 结结电压be U 与热力学温度T 关系,求得该传感器的灵敏度,并近似求得0K 时硅材料的禁带宽度。

【实验目的】1、在室温时,测量PN 结扩散电流与结电压关系,通过数据处理证明此关系遵循指数分布规律。

2、在不同温度条件下,测量玻尔兹曼常数。

3、学习用运算放大器组成电流—电压变换器测量10-6A 至10-8A 的弱电流。

4、测量PN 结结电压be U 与温度关系,求出结电压随温度变化的灵敏度。

5、计算在0K 时半导体(硅)材料的禁带宽度。

6、学会用铂电阻测量温度的实验方法和直流电桥测电阻的方法。

【实验仪器】FD-PN-4型PN 结物理特性综合实验仪(如下图),TIP31c 型三极管(带三根引线)一只,长连接导线11根(6黑5红),手枪式连接导线10根,3DG6(基极与集电极已短接,有二根引线)一只,铂电阻一只。

【实验原理】1、PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知,PN 结的正向电流-电压关系满足:[]1/0-=KT eU e I I (1)式(1)中I 是通过PN 结的正向电流,I 0是反向饱和电流,在温度恒定是为常数,T 是热力学温度,e 是电子的电荷量,U 为PN 结正向压降。

由于在常温(300K)时,kT /e ≈0.026v ,而PN 结正向压降约为十分之几伏,则KTeU e/>>1,(1)式括号内-1项完全可以忽略,于是有:KT eU e I I /0 (2)也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。

若测得PN 结I-U 关系值,则利用(1)式可以求出e /kT 。

实验46 PN 结的物理特性及玻尔兹曼常数测定

实验46 PN 结的物理特性及玻尔兹曼常数测定

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也是常数;U0 为绝对零度时 PN 结材料的导带底和价带顶间的电势差;I 为二 极管的正向电流。 将 (4)式代入 (3)式,由于 e qU / kT 1 ,两边取对数可得
U U0 (
kT c kT ln ) ln T r q I q
( 5)
其中非线性项
kT ln T r 相对甚小,可以忽略。 q
实验 46
PN 结的物理特性及玻尔兹曼常数测定
温度是一个历史很长的物理量,为了测量它,人们发明了许多方法。温度传 感器通过测温元件将温度转化为电学量进行测量,具有反应时间快、可连续测量 等优点。其中热电偶1、热敏电阻和 PN 结是常用的温度传感器,广泛应用于自动 控制、温度测量等现代技术中。 【实验目的】 了解半导体热敏电阻、 PN 结的电输运的微观机制及其与温度的关系; 了解利用半导体热敏电阻的电压 -温度曲线拟合计算热敏电阻的温度系数 (热敏指数)的原理; 了解利用半导体 PN 结的电压 -温度曲线计算 PN 结绝对零度下的禁带宽 度( Eg0)和玻尔兹曼常数 k 的原理; 测量半导体热敏电阻的电压 -温度曲线; 测量半导体 PN 结的电压 -温度曲线; 【实验仪器】 PN 结的物理特性及玻尔兹曼常数测定仪, 热敏电阻和 PN 结温度传感器, 导线,数据线,电源。 【实验原理】 1.半导体热敏电阻物理特性: 半导体材料的热电特性最为显著,因此,也最常用作温度传感器。一般 而言,在较大的温度范围内,半导体都具有负的电阻温度系数。半导体的导 电机制比较复杂,起电输运作用的载流子为电子或空穴。载流子的浓度受温 度的影响很大,因此半导体的电阻率受温度影响也很大。随着温度的升高, 热激发的载流子数量增加,导致电阻率减小,因此半导体呈现负的电阻温度 系数关系。 但在半导体中存在晶格散射、 电离杂质散射等多种散射机制存在, 使得半导体具有非常复杂的电阻温度关系。在实际应用中,半导体的导电性 质往往通过搀杂工艺来调控,掺杂杂质原子的激发对半导体的电输运性能产 生很大的影响。虽然半导体具有非常复杂的电阻温度关系,不能用一些简单 的函数概括,但在特定温度区间,其电阻温度关系可以用经验公式来概括, 如本实验中用的半导体热敏电阻,它的阻值与温度关系近似满足下式:

大学物理实验报告23-PN结温度传感器特性

大学物理实验报告23-PN结温度传感器特性

天津大学物理实验报告姓名: 专业: 班级: 学号: 实验日期: 实验教室: 指导教师:【实验名称】 PN 结物理特性综合实验 【实验目的】1. 在室温时,测量PN 结电流与电压关系,证明此关系符合波耳兹曼分布规律2. 在不同温度条件下,测量玻尔兹曼常数3. 学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流4. 测量PN 结电压与温度关系,求出该PN 结温度传感器的灵敏度5. 计算在0K 温度时,半导体硅材料的近似禁带宽度 【实验仪器】半导体PN 结的物理特性实验仪 资产编号:××××,型号:×××(必须填写) 【实验原理】1.PN 结的伏安特性及玻尔兹曼常数测量 PN 结的正向电流-电压关系满足:]1)/[ex p(0-=kT eU I I (1)当()exp /1eU kT >>时,(1)式括号内-1项完全可以忽略,于是有:0exp(/)I I eU kT = (2)也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。

若测得PN 结I U -关系值,则利用(1)式可以求出/e kT 。

在测得温度T 后,就可以得到/e k ,把电子电量e 作为已知值代入,即可求得玻尔兹曼常数k 。

实验线路如图1所示。

2、弱电流测量LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器,用它组成电流-电压变换器(弱电流放大器),如图2所示。

其中虚线框内电阻r Z 为电流-电压变换器等效输入阻抗。

运算放大器的输入电压0U 为:00i U K U =- (3)式(3)中i U 为输入电压,0K 为运算放大器的开环电压增益,即图2中电阻f R →∞时的电压增益(f R 称反馈电阻)。

因而有:00(1)i i s f fU U U K I R R -+== (4) 由(4)式可得电流-电压变换器等效输入阻抗x Z 为001i f f x s U R R Z I K K ==≈+ (5) 由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流s I 与输出电压0U 之间的关系式,即:图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图图2 电流-电压变换器i s fr U U I Z R ==- (6) 只要测得输出电压0U 和已知f R 值,即可求得s I 值。

实验十PN结物理特性测定

实验十PN结物理特性测定

一、概述半导体结的物理特性是物理学和电子学的重要根底内容之一。

本仪器用物理试验方法,测量结集中电流与电压关系,证明此关系遵循指数分布规律,并较准确地测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一),使学生学会测量弱电流的一种方法。

本仪器同时供给干井变温恒温器和铂金电阻测温电桥,测量结结电压U be与热力学温度T 的关系,求得该传感器的灵敏度,并近似求得 0K 时硅材料的禁带宽度。

二、仪器简介图 1 结物理特性测定仪试验装置4 型结物理特性测定仪主要由直流电源、数字电压表、试验板以及干井测温控温装置组成,如图 1 所示。

三、技术指标1.直流电源:±15V 直流电源一组, 1.5V 直流电源一组2.数字电压表:三位半数字电压表量程 0—2V ,四位半数字电压表量程 0—20V3.试验板: 由运算放大器 356、印刷引线、接线柱、多圈电位器组成。

31 型三极管外接。

4.恒温装置:干井式铜质可调整恒温,恒温掌握器控温范围,室温至80℃;控温区分率0.1℃;5.测温装置:铂电阻及电阻组成直流电桥测温0℃〔R0 =100.00Ω〕。

四、试验工程1.测量结集中电流与结电压关系,通过数据处理证明此关系遵循指数分布规律。

2.较准确地测量玻尔兹曼常数。

(误差一般小于 2%)3.测量结结电压U be与温度关系,求出结电压随温度变化的灵敏度。

4.近似求得 0K 时半导体〔硅〕材料的禁带宽度。

5.学会用铂电阻测量温度的试验方法和直流电桥测电阻的方法。

五、留意事项1.试验时接±12V 或±15V,但不行接大于 15V 电源。

±15V 电源只供运算放大器使用,请勿作其它用途。

2.运算放大器7 脚和 4 脚分别接+15V 和-15V,不能反接,地线必需与电源 0V(地)相接(接触要良好)。

否则有可能损坏运算放大器,并引起电源短路。

一旦觉察电源短路(电压明显下降),请马上切断电源。

3.要换运算放大器必需在切断电源条件下进展,并留意管脚不要插错。

PN结的特性

PN结的特性

六、数据处理①波尔兹曼常数的测定:Ts=19.7ºʗ=292.9KI f随 V F变化曲线图如下:由I F=I s exp(qV f/kT),和实验关系函数y=3.1107E-10e0.0418x对比可得,q/kT=0.0418,将q=1.60E-19C、T=292.9K代入,得:k=1.3068*10^-23J/K。

与标准结果相比,[(1.3807*10^-23-1.3068*10^-23)/(1.3807*10^-23)]*100%=5.35% ②Si升温测量:I F=50μA,控温电流0.5A实验得:Si PN结的灵敏度为-2.0154mV/ºʗF实验得:Ge PN结的灵敏度为-1.6123mV/ºʗ③估算北侧PN结的禁带宽度。

1)Si的禁带宽度:V(g)=V F(Ts)+S*ΔT=617*10^-3+(-2.0154*10^-3)*(-273.2)V=1.17eV 相对误差:(1.21-1.17)/1.21=3.3%2)Ge的禁带宽度:V(g)=V F(Tr)+S*ΔT=327*10^-3+(-1.6123*10^-3)*(-273.2)V=0.77eV 相对误差:(0.78-0.77)/0.78=1.3%七、误差分析1.实验过程由于读书不当银企的误差;2.由于一汽的经年使用引起误差;3.二极管电流受杂质干涉引起误差。

八、实验结论1.通过Si、Ge的ΔV-T曲线,得出:Si的禁带宽度为1.17eV,相对误差为3.3%;Ge的禁带宽度为0.77eV,相对误差为1.3%.2.Si测量范围大于Ge,二者曲线的非线性随温度T 的升高而降低。

3.在实验过程中,存在一定的操作误差,以后当避免。

PN结特性实验报告

PN结特性实验报告

专业:应用物理题目:PN 结特性(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。

DH-PN-2 型PN 结正向特性综合实验仪、DH-SJ 温度传感实验装置PN 结正向电流IF 和压降VF之间存在如下近似关系其中q 为电子电荷;k 为玻尔兹曼常数;T 为热力学温度;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其中 C 是与结面积、掺杂浓度等有关的常数; r 对温度的关系(通常取 r=3.4); V g (0)为 0K 时 联立二式可得是常数,其数值取决于少数载流子迁移率 PN 结材料的导带底和价带顶的电势差。

Vl 随温度线性变化, Vnl 为非线性变化,若忽略非线性部份,误差分析如下温度由 T 1 变为 T 时,正向电压由 V F1 变为 V F 时,正向电压理论值与忽略非线性部份值得 偏差为当温度变化范围较小时,该偏差可忽略(通过改变温度与I F 也可改善线度),令 I F =常数, 则正向压降只随温度升高线性下降,这就是 PN 结测温的依据。

1. 实验系统检查与连接关闭 DH-SJ 型温度传感器实验装置上的“加热电流”、“风扇电流”开关,接上加热电源 线。

插好 Pt100 温度传感器和 PN 结温度传感器,两者连接均为直插式。

PN 结引出线分 别插入 PN 结正向特性综合试验仪上的+V 、-V 和+I 、-I 。

打开电源开关,温度传感器实验装置上将显示出室温 T R ,记录下起始温度 T R 。

2. 玻尔兹曼常数 k 的测定测得 PN 结 I ~V 关系,求出玻尔兹曼常数 k 。

将 PN 结正向特性综合试验仪上的电流量 程置于适当档位,调整电流调节旋钮以改变正向电流 I F 输出示值,观察记录相应的正向电 压 V F 值读数。

3. 至少完成对一种 PN 结材料的 V ~T 曲线的测量及数据处理(1)测定 V ~T 关系曲线 选择合适的正向电流 I F (如 I F =50µA ,普通选小于 100μA 的 值,以减小自身热效应),并保持不变。

半导体PN结物理特性实验智能化数据处理系数的制作

半导体PN结物理特性实验智能化数据处理系数的制作

半导体PN 结物理特性实验智能化数据处理系数的制作实验13 半导体PN 结的物理特性【实验目的】(1)测量半导体PN 结电流与电压关系。

(2)测定PN 结温度传感器的灵敏度和玻尔兹曼常数。

【实验原理】PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知,PN 结的正向电流—电压关系满足:)1e(0-=kTU I I (13.1)式中,I 是通过PN 结的正向电流,I 0是反向饱和电流,在温度恒定时,I 为常数,T 是热力学温度,e 是电子的电荷量,U 为PN 结正向压降。

由于在常温T=300K 时,kT /e ≈0.026V ,而PN 结正向压降约为0.1V 的数量级,则1e >>kTU exp ,(13.1)式括号内 -1项完全可以忽略,于是有:kTUI I e0= (13.2)也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。

若测得PN 结I-U 关系值,则利用(13.1)式可以求出e /kT 。

在测得温度T 后,就可以得到e /k 常数,把电子电量作为已知值代入,即可求得玻尔兹曼常数k 。

在实际测量中,二极管的正向I -U 关系虽然能较好满足指数关系,但求得的常数k 往往偏小。

这是因为通过二极管电流不只是扩散电流,还有其它电流。

一般它包括三个部分:(1)扩散电流,它严格遵循(13.2)式;(2)耗尽层符合电流,它正比于kTeU 2e;(3)表面电流,它是由Si 和SiO 2界面中杂质引起的,其值正比于mkTeU e ,一般m >2。

因此,为了验证(13.2)式及求出准确的e /k 常数,不宜采用硅二极管,而采用硅三极管接成共基极线路,因为此时集电极与基极短接,集电极电流中仅仅是扩散电流。

复合电流主要在基极出现,测量集电极电流时,将不包括它。

本实验中选取性能良好的硅三极管(TIP31型),实验中又处于较低的正向偏置,这样表面电流影响也完全可以忽略,所以此时集电极图10.3 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图2.弱电流测量过去实验中10-6A ~ 10-11A 量级弱电流采用光点反射式检流计测量,该仪器灵敏度较高约10-9A/分度,但有许多不足之处。

半导体PN结的物理特性及弱电流测量实验

半导体PN结的物理特性及弱电流测量实验

半导体PN结的物理特性及弱电流测量实验半导体PN 结的物理特性及弱电流测量实验【实验⽬的】1.在室温时,测量PN 结电流与电压关系,证明此关系符合指数分布规律。

2.在不同温度条件下,测量玻尔兹曼常数。

3.学习⽤运算放⼤器组成电流-电压变换器测量弱电流。

4.测量PN 结电压与温度的关系,求出该PN 结温度传感器的灵敏度。

5.计算在0K 温度时,半导体硅材料的近似禁带宽度。

【实验原理】1. PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知,PN 结的正向电流-电压关系满⾜:[]1)/exp(0-=kT eU I I (1)式中I 是通过PN 结的正向电流,0I 是反向饱和电流,在温度恒定是为常数,T 是热⼒学温度,e 是电⼦的电荷量,U 为PN 结正向压降。

由于在常温(300K)时,e kT /≈0.026v ,⽽PN 结正向压降约为⼗分之⼏伏,则)/exp(kT eU >>1,(1)式括号内-1项完全可以忽略,于是有:)/exp(0kT eU I I = (2)也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。

若测得PN 结I-U 关系值,则利⽤(1)式可以求出kT e /。

在测得温度T 后,就可以得到k e /常数,把电⼦电量作为已知值代⼊,即可求得玻尔兹曼常数k 。

在实际测量中,⼆极管的正向I-U 关系虽然能较好满⾜指数关系,但求得的常数k 往往偏⼩。

这是因为通过⼆极管电流不只是扩散电流,还有其它电流。

⼀般它包括三个部分:1)扩散电流,它严格遵循(2)式;2)耗尽层符合电流,它正⽐于)2/exp(kT eU ;3)表⾯电流,它是由硅和⼆氧化硅界⾯中杂质引起的,其值正⽐于)/exp(mkT eU ,⼀般m >2。

因此,为了验证(2)式及求出准确的e /k 常数,不宜采⽤硅⼆极管,⽽采⽤硅三极管接成共基极线路,因为此时集电极与基极短接,集电极电流中仅仅是扩散电流。

复合电流主要在基极出现,测量集电极电流时,将不包括它。

半导体PN结的物理特性及弱电流测量实验

半导体PN结的物理特性及弱电流测量实验

半导体PN 结的物理特性及弱电流测量实验【实验目的】1.在室温时,测量PN 结电流与电压关系,证明此关系符合指数分布规律。

2.在不同温度条件下,测量玻尔兹曼常数。

3.学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流。

4.测量PN 结电压与温度的关系,求出该PN 结温度传感器的灵敏度。

5.计算在0K 温度时,半导体硅材料的近似禁带宽度。

【实验原理】1. PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知,PN 结的正向电流-电压关系满足:[]1)/ex p(0-=kT eU I I (1)式中I 是通过PN 结的正向电流,0I 是反向饱和电流,在温度恒定是为常数,T 是热力学温度,e 是电子的电荷量,U 为PN 结正向压降。

由于在常温(300K)时,e kT /≈0.026v ,而PN 结正向压降约为十分之几伏,则)/exp(kT eU >>1,(1)式括号内-1项完全可以忽略,于是有:)/ex p(0kT eU I I = (2)也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。

若测得PN 结I-U 关系值,则利用(1)式可以求出kT e /。

在测得温度T 后,就可以得到k e /常数,把电子电量作为已知值代入,即可求得玻尔兹曼常数k 。

在实际测量中,二极管的正向I-U 关系虽然能较好满足指数关系,但求得的常数k 往往偏小。

这是因为通过二极管电流不只是扩散电流,还有其它电流。

一般它包括三个部分:1)扩散电流,它严格遵循(2)式;2)耗尽层符合电流,它正比于)2/exp(kT eU ;3)表面电流,它是由硅和二氧化硅界面中杂质引起的,其值正比于)/exp(mkT eU ,一般m >2。

因此,为了验证(2)式及求出准确的e /k 常数,不宜采用硅二极管,而采用硅三极管接成共基极线路,因为此时集电极与基极短接,集电极电流中仅仅是扩散电流。

复合电流主要在基极出现,测量集电极电流时,将不包括它。

PN结修改-PN结物理特性综合实验报告模板

PN结修改-PN结物理特性综合实验报告模板

一、实验目的:1、在室温时,测量PN结电流与电压关系,证明此关系符合指数分布规律。

2、在不同温度条件下,测量玻尔兹曼常数。

3、学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流。

4、测量PN结电压与温度关系,求出该PN结温度传感器的灵敏度。

5、计算在0K温度时,半导体硅材料的近似禁带宽度。

二、实验仪器设备:PN结物理特性综合实验仪(FD-PN-4型),TIP31型三极管,长连接线(5黑、6红),手枪式连接导线10根,3DG6(基极和集电极短路),铂电阻一只。

三、实验原理:1、PN结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知,PN结的正向电流-电压关系满足:[exp(e U/kT)-1] (1)I=I式(1)中I是通过PN结的正向电流,I0是反向饱和电流,在温度恒定是为常数,T是热力学温度,e是电子的电荷量,U为PN结正向压降。

由于在常温(300K)时,kT/e≈0.026v ,而PN结正向压降约为十分之几伏,则exp(e U/kT)>>1,(1)式括号内-1项完全可以忽略,于是有:exp(e U/kT) (2)I=I也即PN结正向电流随正向电压按指数规律变化。

若测得PN结I-U关系值,则利用(1)式可以求出e/kT。

在测得温度T后,就可以得到e/k常数,把电子电量作为已知值代入,即可求得玻尔兹曼常数k。

在实际测量中,二极管的正向I-U关系虽然能较好满足指数关系,但求得的常数k往往偏小。

这是因为通过二极管电流不只是扩散电流,还有其它电流。

一般它包括三个部分:[1]扩散电流,它严格遵循(2)式;[2]耗尽层符合电流,它正比于exp(e U/2kT);[3]表面电流,它是由Si和SiO2界面中杂质引起的,其值正比于exp(e U/m kT),一般m>2。

因此,为了验证(2)式及求出准确的e/k常数,不宜采用硅二极管,而采用硅三极管接成共基极线路,因为此时集电极与基极短接,集电极电流中仅仅是扩散电流。

大学物理实验报告23——PN结温度传感器特性

大学物理实验报告23——PN结温度传感器特性

天津大学物理实验报告姓名: 专业: 班级: 学号: 实验日期: 实验教室: 指导教师:【实验名称】 PN 结物理特性综合实验 【实验目的】1. 在室温时,测量PN 结电流与电压关系,证明此关系符合波耳兹曼分布规律2. 在不同温度条件下,测量玻尔兹曼常数3. 学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流4. 测量PN 结电压与温度关系,求出该PN 结温度传感器的灵敏度5. 计算在0K 温度时,半导体硅材料的近似禁带宽度 【实验仪器】半导体PN 结的物理特性实验仪 资产编号:××××,型号:×××(必须填写) 【实验原理】1.PN 结的伏安特性及玻尔兹曼常数测量 PN 结的正向电流-电压关系满足:]1)/[exp(0-=kT eU I I (1)当()exp /1eU kT >>时,(1)式括号内-1项完全可以忽略,于是有:0exp(/)I I eU kT = (2)也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。

若测得PN 结I U -关系值,则利用(1)式可以求出/e kT 。

在测得温度T 后,就可以得到/e k ,把电子电量e 作为已知值代入,即可求得玻尔兹曼常数k 。

实验线路如图1所示。

2、弱电流测量LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器,用它组成电流-电压变换器(弱电流放大器),如图2所示。

其中虚线框内电阻r Z 为电流-电压变换器等效输入阻抗。

运算放大器的输入电压0U 为:00i U K U =- (3)式(3)中i U 为输入电压,0K 为运算放大器的开环电压增益,即图2中电阻f R →∞时的电压增益(f R 称反馈电阻)。

因而有:00(1)i i s f fU U U K I R R -+== (4) 由(4)式可得电流-电压变换器等效输入阻抗x Z 为001i f fx s U R R Z I K K ==≈+ (5)由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流s I 与输出电压0U 之间的关系式,即:图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图图2 电流-电压变换器i s fr U U I Z R ==- (6) 只要测得输出电压0U 和已知f R 值,即可求得s I 值。

PN结特性和玻尔兹曼常数测定

PN结特性和玻尔兹曼常数测定

PN 结特性和玻尔兹曼常数测定1、实验目的1.在同一温度下,正向电压随正向电流的变化关系,绘制伏安特性曲线;2.在不同温度下,测量玻尔兹曼常数;3.恒定正向电流条件下,测绘PN 结正向压降随温度的变化曲线,计算灵敏度,估算被测PN 结材料的禁带宽度2、实验仪器1.FB302A 型PN 结特性研究与玻尔兹曼常数测定仪2.温度传感器PT1003.PN-Ⅱ型PN 结综合实验仪3、实验原理3.1.PN 结伏安特性与玻尔兹曼常数测定由半导体物理学可知,PN 结的正向电流-电压关系满足:01beeU kTI I e ⎛⎫=- ⎪⎝⎭(1)式(1)中I 是通过PN 结的正向电流,0I 是不随电压变化的常数,T 是热力学温度,e 是电子的电量,U 为PN 结正向电压降。

由于在常温()300T K ≈时,/0.026kT e V ≈,而PN 结正向电压下降约为十分之几伏,则1beeU kTe?,于是有:0be eU kTII e=(2)也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。

若测得PN 结I U -关系值,则利用(1)式可以求出/e kT 。

在测得温度后,就可以得到常数,把电子电量作为已知值代入,就可以求得玻尔兹曼常数,测得的玻尔兹曼精确值为2311.38110k J K --=⨯⋅。

为了精确测量玻尔兹曼常数。

不用常规的加正向压降测正向微电流的方法,而是采用11nA mA :范围的可变精密微电流源,能避免测量微电流不稳定,又能准确地测量正向压降。

3.2.弱电流测量以前常用光点反射式检流计测量6111010A A --:量级PN 扩散电流,但该仪器有许多不足之处且易损坏。

本仪器没有采用高输入阻抗运算放大器组成电流-电压变换器(弱电流放大器)测量弱电流信号,温漂大、读数困难等。

为了更精确地测量玻尔兹曼常数,而设计了一个能恒流输出11nA mA :范围的精密微电流源。

解决了在测量中很多不稳定因素,能准确地测量正向压降。

PN结物理特性及玻尔兹曼常数测定仪设计

PN结物理特性及玻尔兹曼常数测定仪设计

响I因此,为了验证(2)式及求出准确的玻尔兹曼常数,不宜采用硅二极管,而采用硅三极管接成共基极
线路,因为此时集电极与基极短接,集电极电流中仅仅是扩散电流,消除了由势垒区复合电流所造成的
系统误差,PN结扩散电流大致在l×lO一疆一9×10嘲范围,所以此时集电极电流与结电压将满足(2)式,
收稿日期:2005—09—25 作者简介:刘涛(1981一),男,陕西商州人。商洛师范专科学校物理系助教

商洛师范专科学校学报
2实验仪电路设计 2.1用于测量玻尔兹曼常数K的电路图(图2)
2005年12月
图2测量波尔兹曼常数电路图 2.2用于测量PN结的伏安特性和实现测温及温控的电路图(图3)
图3测量PN结伏安特性殛温拉电路图
3结束语
本实验仪不仅能够用于测量PN结的伏安特性和玻尔兹曼常数K;还可以利用在恒流源供电条件
根据PN结的正向电流与电压的关系,可以设计出一种仪器用物理实验方法测量PN结的伏安特
性;通过一系列技术手段消除各类误差后,比较精确的测出玻尔兹曼常数.此外,根据PN结正向压降随
温度的变化规律,还可以通过PN结实现测温以及温控等功能.
1原理
1.1 PN结的伏安特性
流过PN结的电流I与PN结两端电压u之间的关系称为PN结的伏安特性.由半导体物理学可知, PN结的正向电流——电压关系满足
由图1知,运算放大器输出电压乩为: (3)
式(3)中“为输人电压,%为运算放大器的开环电压增益.因为理想运算放大器的输入阻抗‘一*, 所以信号源输入电流只流经反馈网络构成的通路.因而有
(4)
由(3)和(4)式得变换器输入电流‘与输出电压砜之间的关系式: (5)
大的风险.因为不作为将会失去重要的机会和 时代,与作为中的风险相比,不作为将是另一种 总是并存的,逃避风险就是逃避收益.在知识经 们应该认识到风险是收益的孪生物,风险与机 积极的风险管理,有效地预测和控制风险.同时 加的风险,忽视或逃避都不是办法,我们应该通 的一切活动,它无处不在,无处不有.面对日益 秘秘风

大学物理实验报告23——PN结温度传感器特性1

大学物理实验报告23——PN结温度传感器特性1

天津大学物理实验报告姓名: 专业: 班级: 学号: 实验日期: 实验教室: 指导教师:【实验名称】 PN 结物理特性综合实验 【实验目的】1. 在室温时,测量PN 结电流与电压关系,证明此关系符合波耳兹曼分布规律2. 在不同温度条件下,测量玻尔兹曼常数3. 学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流4. 测量PN 结电压与温度关系,求出该PN 结温度传感器的灵敏度5. 计算在0K 温度时,半导体硅材料的近似禁带宽度 【实验仪器】半导体PN 结的物理特性实验仪 资产编号:××××,型号:×××(必须填写) 【实验原理】1.PN 结的伏安特性及玻尔兹曼常数测量 PN 结的正向电流-电压关系满足:]1)/[exp(0-=kT eU I I (1)当()exp /1eU kT >>时,(1)式括号内-1项完全可以忽略,于是有:0exp(/)I I eU kT = (2)也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。

若测得PN 结I U -关系值,则利用(1)式可以求出/e kT 。

在测得温度T 后,就可以得到/e k ,把电子电量e 作为已知值代入,即可求得玻尔兹曼常数k 。

实验线路如图1所示。

2、弱电流测量LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器,用它组成电流-电压变换器(弱电流放大器),如图2所示。

其中虚线框内电阻r Z 为电流-电压变换器等效输入阻抗。

运算放大器的输入电压0U 为:00i U K U =- (3)式(3)中i U 为输入电压,0K 为运算放大器的开环电压增益,即图2中电阻f R →∞时的电压增益(fR 称反馈电阻)。

因而有:0(1)i i s ffU U U K I R R -+==(4)由(4)式可得电流-电压变换器等效输入阻抗x Z 为1i f f x sU R R Z I K K ==≈+ (5)由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流s I 与输出电压0U 之间的关系式,即:图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图1MLF356-+74+15V-15V236ecbV 1V 2100Ω1.5VTIP31TIP31ebc LF35612348765R fI sK o-+U 0U iZ rI s图2 电流-电压变换器i s frU UI Z R ==-(6)只要测得输出电压0U 和已知f R 值,即可求得s I 值。

大学物理实验报告23——PN结温度传感器特性

大学物理实验报告23——PN结温度传感器特性

天津大学物理实验报告姓名: 专业: 班级: 学号: 实验日期: 实验教室: 指导教师:【实验名称】 PN 结物理特性综合实验 【实验目的】1. 在室温时,测量PN 结电流与电压关系,证明此关系符合波耳兹曼分布规律2. 在不同温度条件下,测量玻尔兹曼常数3. 学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流4. 测量PN 结电压与温度关系,求出该PN 结温度传感器的灵敏度5. 计算在0K 温度时,半导体硅材料的近似禁带宽度 【实验仪器】半导体PN 结的物理特性实验仪 资产编号:××××,型号:×××(必须填写) 【实验原理】1.PN 结的伏安特性及玻尔兹曼常数测量 PN 结的正向电流-电压关系满足:]1)/[ex p(0-=kT eU I I (1)当()exp /1eU kT >>时,(1)式括号内-1项完全可以忽略,于是有:0exp(/)I I eU kT = (2)也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。

若测得PN 结I U -关系值,则利用(1)式可以求出/e kT 。

在测得温度T 后,就可以得到/e k ,把电子电量e 作为已知值代入,即可求得玻尔兹曼常数k 。

实验线路如图1所示。

2、弱电流测量LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器,用它组成电流-电压变换器(弱电流放大器),如图2所示。

其中虚线框内电阻r Z 为电流-电压变换器等效输入阻抗。

运算放大器的输入电压0U 为:00i U K U =- (3)式(3)中i U 为输入电压,0K 为运算放大器的开环电压增益,即图2中电阻f R →∞时的电压增益(f R 称反馈电阻)。

因而有:00(1)i i s f fU U U K I R R -+== (4) 由(4)式可得电流-电压变换器等效输入阻抗x Z 为001i f f x s U R R Z I K K ==≈+ (5) 由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流s I 与输出电压0U 之间的关系式,即:图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图图2 电流-电压变换器i s fr U U I Z R ==- (6) 只要测得输出电压0U 和已知f R 值,即可求得s I 值。

PN结物理特性

PN结物理特性

电压U1和相应电压U2。在常温下U1的值约从0.3V至 0.42V范围每隔0.01V测一点数据,约测10多数据点, 至U2值达到饱和时(U2值变化较小或基本不变),
结束测量。在记数据开始和记数据结束都要同时记 录变压器油的温度,取温度平均值。
(3).改变干井恒温器温度,待PN结与油温湿度
一致时,重复测量U1和U2的关系数据,并与室温
Rf
-
Is
Ko
+
Is
Zr
Ui
U0
(3).PN结的结电压U与热力R2
RT R4
V2
3V
3.实验步骤
(1)U1为三位半数字电压表,U2为四位半数字电压
表,TIP31型为带散热板的功率三极管,调节电压的 分压器为多圈电位器,为保持PN结与周围环境一致, 把TIP31型三极管浸没在盛有变压器油干井槽中。变 压器油温度用铂电阻进行测量。 (2)在室温情况下,测量三极管发射极与基极之间
在分析数据的时候,起初我没有把对扩散电流太小 (起始状态)及扩散电流接近或达到饱和时的数据 删去,所以总是得不出较好的结果。后来才发现, 之后删除那些数据拟合出来的图线较为完美了,得 到这些图像后我才真正了解了半导体的物理特性, 真正动手做一个实验和理论上研究实验原理是由本 质区别的。
谢谢观看!
二、关系测定,求PN结温度传感器灵敏度S,计算
硅材料0K时近似禁带宽度值。
1.通过调节电路中电源电压,使上电阻两端电压
保持不变,即电流I=100μA。同时用电桥测量铂
电阻的电阻值,通过查铂电阻值与温度关系表, 可得恒温器的实际湿度。从室温开始每隔5℃-
10℃测一定值(即V1)与温度(℃)关系,求得
关系。(至少测6点以上数据)

PN结特性测试实验指导书Z1703

PN结特性测试实验指导书Z1703

6
附录:实验数据记录表格样式(供参考)
附表 1 玻尔兹曼常数测试实验数据记录表
T 30C
T XX C
U (mV )
300 310 320 „„ 400 410 420 „„ 500 510 520 „„ 600 610 620 „„
I (nA)
ln I
I (nA)
ln I
5
PN 结特性测试实验指导书 附表 2 PN 结温度特性测试实验数据记录表( I F
300K )时, kT / q ≈0.026V ,而 PN 结正
向电压降约为十分之几伏,则 e qU / kT >>1,于是有:
I I 0 exp( qU / kT )
(2)
也即PN结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN结 I U 关系值,则利用(2)式可以 求出 q / kT 。在测得温度 T 后,就可以得到 q / k 常数,把电子电量 q 作为已知量代入,即可求 得玻尔兹曼常数 k 。( q
七、参考资料
[1]刘恩科,朱秉升,罗晋生.半导体物理学(第 7 版).北京:电子工业出版社. 2008. [2](美) Donald A.Neamen 著,赵毅强等译. 半导体物理与器件(第 3 版). 北京:电子工 业出版社. 2005. [3]黄昆,谢希德.半导体物理学. 北京:科学出版社. 1958.
4
PN 结特性测试实验指导书
接触,并防止剧烈碰撞。
六、思考练习题
1.为什么不直接用半导体硅二极管,而是用半导体硅三极管,并将其 B 极与 C 极短接来做被 测样品? 2. 为什么说,在实际测量中,二极管的正向 I
U 关系虽然能较好满足指数关系,但求得的
常数 k 往往偏小? 3. 为获得较为准确的 V T 实验数据,在测量操作时应该注意些什么?

PN结物理特性及玻尔兹曼常数测量

PN结物理特性及玻尔兹曼常数测量

PN 结物理特性及玻尔兹曼常数测量半导体PN 结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一。

使用本实验的仪器用物理实验方法,测量PN 结扩散电流与电压关系,证明此关系遵循指数分布规律,并较精确地测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一),使学生学会测量弱电流的一种新方法。

本实验的仪器同时提供干井变温恒温器和铂金电阻测温电桥,测量PN 结结电压be U 与热力学温度T 关系,求得该传感器的灵敏度,并近似求得0K 时硅材料的禁带宽度。

【实验目的】1、在室温时,测量PN 结扩散电流与结电压关系,通过数据处理证明此关系遵循指数分布规律。

2、在不同温度条件下,测量玻尔兹曼常数。

3、学习用运算放大器组成电流—电压变换器测量10-6A 至10-8A 的弱电流。

4、测量PN 结结电压be U与温度关系,求出结电压随温度变化的灵敏度。

5、计算在0K 时半导体(硅)材料的禁带宽度(选作)。

6、学会用最小二乘法拟合数据。

【实验仪器】FD-PN-4型PN 结物理特性综合实验仪(如下图),TIP31c 型三极管(带三根引线)一只,长连接导线11根(6黑5红),手枪式连接导线10根,3DG6(基极与集电极已短接,有二根引线)一只,铂电阻一只。

FD-PN-4 型PN 节物理特性测定仪【实验原理】1. 测量三极管发射极与基极电压U 1和集电极与基极电压U 2之间的关系(a)PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知,PN 结的正向电流-电压关系满足:[]1/0-=KTeU eI I (1) 式(1)中I 是通过PN 结的正向电流,I 0是反向饱和电流,在温度恒定是为常数,T是热力学温度,e 是电子的电荷量,U 为PN 结正向压降。

由于在常温(300K)时,kT /e ≈0.026v ,而PN 结正向压降约为十分之几伏,则KTeU e />>1,(1)式括号内-1项完全可以忽略,于是有:KTeU e I I /0= (2)也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。

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PN 结物理特性及玻尔兹曼常数测量半导体PN 结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一。

使用本实验的仪器用物理实验方法,测量PN 结扩散电流与电压关系,证明此关系遵循指数分布规律,并较精确地测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一),使学生学会测量弱电流的一种新方法。

本实验的仪器同时提供干井变温恒温器和铂金电阻测温电桥,测量PN 结结电压be U 与热力学温度T 关系,求得该传感器的灵敏度,并近似求得0K 时硅材料的禁带宽度。

【实验目的】1、在室温时,测量PN 结扩散电流与结电压关系,通过数据处理证明此关系遵循指数分布规律。

2、在不同温度条件下,测量玻尔兹曼常数。

3、学习用运算放大器组成电流—电压变换器测量10-6A 至10-8A 的弱电流。

4、测量PN 结结电压be U 与温度关系,求出结电压随温度变化的灵敏度。

5、计算在0K 时半导体(硅)材料的禁带宽度(选作)。

6、学会用最小二乘法拟合数据。

【实验仪器】FD-PN-4型PN 结物理特性综合实验仪(如下图),TIP31c 型三极管(带三根引线)一只,长连接导线11根(6黑5红),手枪式连接导线10根,3DG6(基极与集电极已短接,有二根引线)一只,铂电阻一只。

FD-PN-4 型PN 节物理特性测定仪【实验原理】1. 测量三极管发射极与基极电压U 1和集电极与基极电压U 2之间的关系(a)PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知,PN 结的正向电流-电压关系满足:[]1/0-=KT eU e I I (1)式(1)中I 是通过PN 结的正向电流,I 0是反向饱和电流,在温度恒定是为常数,T 是热力学温度,e 是电子的电荷量,U 为PN 结正向压降。

由于在常温(300K)时,kT /e ≈ ,而PN 结正向压降约为十分之几伏,则KT eU e />>1,(1)式括号内-1项完全可以忽略,于是有:KT eU e I I /0= (2)也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。

若测得PN 结I-U 关系值,则利用(1)式可以求出e /kT 。

在测得温度T 后,就可以得到e /k 常数,把电子电量作为已知值代入,即可求得玻尔兹曼常数k 。

在实际测量中,二极管的正向I-U 关系虽然能较好满足指数关系,但求得的常数k 往往偏小。

这是因为通过二极管电流不只是扩散电流,还有其它电流。

一般它包括三个部分:[1]扩散电流,它严格遵循(2)式;[2]耗尽层复合电流,它正比于KT eU e 2/; [3]表面电流,它是由Si 和SiO 2界面中杂质引起的,其值正比于mKT eU e /,一般m >2。

因此,为了验证(2)式及求出准确的e /k 常数,不宜采用硅二极管,而采用硅三极管接成共基极线路,因为此时集电极与基极短接,集电极电流中仅仅是扩散电流。

复合电流主要在基极出现,测量集电极电流时,将不包括它。

本实验中选取性能良好的硅三极管(TIP31型),实验中又处于较低的正向偏置,这样表面电流影响也完全可以忽略,所以此时集电极电流与结电压将满足(2)式。

实验线路如图1所示。

图1 PN 结扩散电流与结电压关系测量线路图2、弱电流测量过去实验中10-6A -10-11A 量级弱电流采用光点反射式检流计测量,该仪器灵敏度较高约10-9A /分度,但有许多不足之处。

如十分怕震,挂丝易断;使用时稍有不慎,光标易偏出满度,瞬间过载引起引丝疲劳变形产生不回零点及指示差变大。

使用和维修极不方便。

近年来,集成电路与数字化显示技术越来越普及。

高输入阻抗运算放大器性能优良,价格低廉,用它组成电流-电压变换器测量弱电流信号,具有输入阻抗低,电流灵敏度高。

温漂小、线性好、设计制作简单、结构牢靠等优点,因而被广泛应用于物理测量中。

LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器,用它组成电流-电压变换器(弱电流放大器),如图2所示。

其中虚线框内电阻Z r 为电流-电压变换器等效输入阻抗。

由图2可,运算放大器的输入电压U 0为:U 0= -K 0U i (3)图2 电流-电压变换器式(3)中U i 为输入电压,K 0为运算放大器的开环电压增益,即图2中电阻R f →∞时的电压增益,R f 称反馈电阻。

因为理想运算放大器的输入阻抗r i →∞,所以信号源输入电流只流经反馈网络构成的通路。

因而有:f i f i S R K U R U U I /)1(/)(00+=-= (4)由(4)式可得电流-电压变换器等效输入阻抗Z r 为:00/)1/(/K R K R I U Z f f S i r ≈+== (5)由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流I s 输出电压U 0之间得关系式,即:ff f s R U R K U R K K U I 000000/)11(/)1(≈+=+-= (6) 由(6)式只要测得输出电压U 0和已知R f 值,即可求得I S 值。

以高输入阻抗集成运算放大器LF356为例来讨论Z r 和I S 值得大小。

对LF356运放的开环增益K 0=2×105,输入阻抗r i ≈1012Ω。

若取R f 为1.00MΩ,则由(5)式可得:若选用四位半量程200mV 数字电压表,它最后一位变化为 ,那么用上述电流-电压变换器能显示最小电流值为:由此说明,用集成运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流,具有输入阻抗小、灵敏度高的优点。

综合(a)(b)得,利用集成运算放大器组成电流-电压变换器,将弱电流的测量改成电压测量,利用硅三极管(TIP31型)代替二极管,有效实现集电极电流中仅仅是扩散电流。

(2)PN 结的结电压be U 与热力学温度T 关系测量(选作选学内容)。

当PN 结通过恒定小电流(通常电流I =1000μA),由半导体理论可得beU 与T 近似关系:go be U ST U += (5)式中S≈-C mV o/为PN 结温度传感器灵敏度。

由go U 可求出温度0K 时半导体材料的近似禁带宽度go E =go qU 。

硅材料的go E 约为。

【实验内容与步骤】(一)be c U I -关系测定,并进行曲线拟合求经验公式,计算玻尔兹曼常数。

1U U be =1、实验线路如图1所示(说明:图中100Ω的滑动变阻器和电源已经接入电路,只是稳压电源正输出没有接地,实验中只需将正输出接地即可)。

图中U 1为三位半数字电压表,U 2为四位半数字电压表,TIP31型为带散热板的功率三极管,调节电压的分压器为多圈电位器。

为保持PN 结与周围环境温度一致,把功率三极管连同散热器浸没在变压器油管中,油管下端插在保温杯中,保温杯内盛有室温水,变压器油温度用0-50℃(0.1℃)的水银温度计测量。

(为简单起见,本实验也可把功率三极管置于干井恒温器温度中,打开仪器的加热开关,按温度复位按钮,让仪器探测出环境温度,然后调节恒温控制到与室温相同即可。

)2、在室温情况下,测量三极管发射极与基极之间电压U 1和相应电压U 2。

在常温下U 1的值约从至范围每隔测一点数据,约测10多数据点,至U 2值达到饱和时(U 2值变化较小或基本不变),结束测量。

在记数据开始和记数据结束都要同时记录变压器油的温度θ,取温度平均值θ。

3、改变干井恒温器温度,待PN 结与油温湿度一致时,重复测量U 1和U 2的关系数据,并与室温测得的结果进行比较。

4、把(2)式改为KT eU e RI U /02=,运用最小二乘法,将不同温度下采集的1U ~2U 关系数据代入指数回归函数bU ae U =2关系式中,算出指数函数相应的a 和b 的最佳值0a 和0b ,则由e /KT=0b 、00a RI =两式分别计算出玻尔兹曼常数K 值和弱电流0I 值,并说明玻尔兹曼分布的物理的含义。

已知玻尔兹曼常数公认值23010381.1-⨯=K J/K , 由此进而计算出玻尔兹曼常数测量的结果的百分误差。

5、曲线拟合求经验公式:将实验数据分别代入线性回归、指数回归、乘幂回归这三种常用的基本函数,运用最小二乘法确定出最佳函数及其表达式。

(二)T U be -关系测定,求PN 结温度传感器灵敏度S ,计算硅材料0K 时近似禁带宽度go E 值(此项内容为选做内容)。

图3 图41、实验线路如图3所示,测温电路如图4所示。

其中数字电压表V 2通过双刀双向开关,既作测温电桥指零用,又作监测PN 结电流,保持电流I =100μA 用。

2、通过调节图3电路中电源电压,使上电阻两端电压保持不变,即电流I =100μA。

同时用电桥测量铂电阻T R 的电阻值,通过查铂电阻值与温度关系表,可得恒温器的实际湿度。

从室温开始每隔5℃-10℃测一定be U 值(即V 1)与温度θ(℃)关系,求得T U be -关系。

(至少测6点以上数据)3、用最小二乘法对T U be -关系进行直线拟合,求出PN 结测温灵敏度S 及近似求得温度为0K 时硅材料禁带宽度go E 。

【注意事项】1、数据处理时,对于扩散电流太小(起始状态)及扩散电流接近或达到饱和时的数据,在处理数据时应删去,因为这些数据可能偏离公式(2)。

2、必须观测恒温装置上温度计读数,待TIP31三极管温度处于恒定时(即处于热平衡时),才能记录U 1和U 2数据。

3、用本装置做实验,TIP31型三极管温度可采用的范围为0-50℃。

若要在-120℃-0℃温度范围内做实验,必须有低温恒温装置。

4、由于各公司的运算放大器(LF356)性能有些差异,在换用LF356时,有可能同台仪器达到饱和电压U 2值不相同。

5、本仪器电源具有短路自动保护,运算放大器若 15V 接反或地线漏接,本仪器也有保护装置,一般情况集成电路不易损坏。

请勿将二极管保护装置拆除。

【数据记录及处理】1、be c U I -关系测定,曲线拟合求经验公式,计算玻尔兹曼常数。

室温条件下:初温1θ = ℃,末温2θ = ℃,-θ= ℃12数的拟合,结果填入表2中:数据处理:表2-1回归法函数拟合三种函数⎪⎪⎨⎧==+=)exp(121212bu a u au u bau u b指数函数幂函数线性函数 ⎪⎪⎨⎧+=+=+=abu u a u b u b au u ln ln ln ln ln 121212指数函数回归幂函数回归线性回归数据处理结果:(b )最小二乘法并由此说明PN 结扩散电流-电压关系遵循的分布规律。

数据结果:(b )计算玻尔兹曼常数: 由表2数据得k /e =bT = J /CK 则k/e ek == K /J 此结果与公认值k=×10-23 K /J 进行比较。

2、电流I =100uA 时,T U be -关系测定,求PN 结温度传感器的灵敏度S ,计算0K 时硅材料的近似禁带宽度go E (选做实验)。

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