实验讲义-功能材料专业资料

功能材料专业实验
大连民族大学物理与材料工程学院
光电子实验中心
目录
第一章导电类型鉴别仪
实验一材料导电类型鉴别实验
第二章温度传感器测试及半导体制冷控温实验仪实验二电压型集成温度传感器（LM35）温度特性的测试第三章半导体热电特性综合实验仪
实验三电阻温度计与非平衡直流电桥
实验四半导体热电特性的研究
第四章PN结正向特性综合实验仪
实验五PN结正向压降与温度关系
第五章传感器设计实验仪
实验六应变片单臂、半桥、全桥特性比较实验
应变直流全桥的应用—电子秤实验
应变片交流全桥的应用(应变仪)—振动测量实验实验七压阻式压力传感器的压力测量实验
电容式传感器的位移实验
实验八差动变压器的性能实验
差动变压器零点残余电压补偿实验
差动变压器的应用—振动测量实验
实验九压电式传感器测振动实验
线性霍尔式传感器位移特性实验
磁电式传感器特性实验
实验十热电偶的原理及现象实验
第六章光电特性综合实验仪
实验十一LED伏安特性（V-I）测试
LED辐射强度空间分布及半值角的测量
实验十二激光二极管（LD）伏安特性（V－I）的测量激光二极管光谱特性测量
第一章导电类型鉴别仪
一、概述
PN-12型导电型号鉴别仪采用整流法(也称三探针法)和温差法(也称冷热探笔法来判断单晶(或多晶)硅的导电类型(N型或P型)，用N型和P型显示屏直接显示单晶(或多晶)导电类型。

二、技术性能
1.可判断硅材料的电阻率范围：
整流法：10-2Ω·Cm～104Ω·Cm；温差法：10-4Ω·Cm～105Ω·Cm；
2.硅单晶直径及长度：不受限制；
3.显示方式：用N型和P型显示屏直接显示；
4.探头：
整流法：采用三根探针，用高速钢针；
温差法：采用冷热两根探笔，探笔材料为钨棒，热笔采用PTC发热体加热； (冷笔保持室温，热笔可被加热到60℃-150℃，温控仪设定)
5.电源及功耗：AC 220V±10%，50Hz <20W
6.外型尺寸：125mm(宽)×145mm(高) ×245mm(深)
7.使用环境：
温度：室温；相对湿度：<80%；无强高频电磁场影响。

图1-1 PN-12型导电类型鉴别仪
实验一材料导电类型鉴别
一、实验目的：
掌握判定半导体单晶材料导电类型的几种方法。

二、实验原理
半导体的导电过程存在电子和空穴两种载流子。

多数载流子是电子的称n型半导体；多数载流子是空穴的称p型半导体。

测量导电类型就是确定半导体材料中多数载
流子的类别。

半导体的导电类型是半导体材料重要的基本参数之一。

在半导体器件的生产过程中经常要根据需要采用各种方法来测定单晶材料的导电类型。

这里介绍两种常用的测定导电类型的方法：整流法（三探针法）和温差法（冷热探笔法）。

1.整流法（三探针法）
三探针与单晶材料形成整流接触，交流电压加在探针1、2间(其中探针2接地)，在探针2、3间测量电势。

对N型材料V32具有正的直流分量，对P型材料V32具有负的直流分量。

2.温差法(冷热探笔法)：
热笔和冷笔同时紧压样品被测面，两笔间就有温差电势产生(微弱信号数毫伏左右)，经过高输入阻抗直流放大器(约1000倍)将此电势放大，推动P、N显示屏显示N 或P，从而得知材料的导电类型。

当材料为“N”型时，热笔相对于冷笔产生正电势，“P”型时则为负电势。

三、实验仪器及材料
PN-12型导电类型鉴别仪，硅片
四、实验步骤
1.参看图1-2，首先将整流法探笔和冷热笔分别通过四芯电缆插头和八芯电缆插头与主机对应的插座连接。

图1-2面板说明：
①设定键；②设定数字移动键；③设定值减少键；④设定值增加键; ⑤设定值显示器；
⑥测量值显示器；⑦控制输出指示灯；⑧自整定指示灯；⑨第一报警指示灯；⑩第二
报警指示灯
2. 按下电源开关，预热15分钟，待仪器稳定后方可进行测量。

一旦接通电源温控仪即开始工作，下面说明温控仪设定温度操作：
综合样品的电阻率与热电势的关系，出厂时温控仪温度设定为100℃，可满足多数
测量需要。

3.被测样品的测量面须用金刚砂研磨或喷沙，并除去沾污。

4.用整流法测量，按一下整流法按钮，此时按钮点亮(接通电源时，仪器自动选择为整流法)。

此时将整流法探笔轻轻压在样品被测表面上，然后从PN显示屏观察即可知道导电类型。

测量过程中，应保证三根针都与被测面接触，否则可能产生误判断。

最后将样品的测试结果记录在下表中：
硅片样品1 样品2 样品3
导电类型
（P/N）
5.采用温差法测量时，按一下温差法按钮，此时温差法按钮会点亮，此时将冷热笔紧紧压在被测面上。

然后从PN显示屏观察即可知道导电类型。

在测试高阻（>104Ω·Cm；）样品时如果灵敏度不够，可将热笔温度稍为提高，但不可超高150℃
6.测量过程中应注意零点的调整，否则会带来误判。

最后将样品的测试结果记录在下表中：
硅片样品1 样品2 样品3
导电类型
（P/N）
第二章温度传感器测试及半导体制冷控温实验仪
FB820型温度传感器温度特性实验仪包含五种不同的温度传感器，可用于多种温度传感器以及温度特性研究性试验，该仪器面板布局及功能图如下所示：
图中：
（1）加热功能指示；
（2）加热、致冷功能转换按钮，释放位置为加热，按下为致冷
（3）致冷功能指示：（4）毫伏表作为电压表测量功能指示；
（5）电压表、致冷电流表测量功能转换按钮，释放时为电压功能，按下时为致冷器工作电流测量功能；
（6）致冷电流测量功能指示；
（7）四位半电压、电流数值显示；（8）电压表2V量程指示；
（9）电压表量程转换，释放位置为20V量程，按下时为2V量程；
（10）电压表20V量程指示；（11）控温设定值显示；（12）温度设置功能键；（13）测量温度显示；（14）致冷井致冷工作指示；（15）致冷井；
（16）加热井加热工作指示；（17）加热井；（18）加热器降温风扇开关；
（19）加热器工作电压选择：电压分别为)
,V
，可控制加热速度快
,V
16
24
2
I(
V
A
max
慢；
（20）PN结温度传感器专用测试单元；
（21）电压型LM35温度传感器专用测试单元；
（22）集成电流型AD590温度传感器专用测试单元；
（23）恒流源法Pt100 MF53-1温度传感器测试单元；
（24）直流电桥法温度传感器测试单元，（需用户自备五盘电阻箱）； （25）、（26）外接电阻箱接入端钮； （27）分别为三路电源负极；
（28）)m A 100I (V 2max =直流电源正极；（29）)m A 100I (V 20max =直流电源正极；（30）
)V 15V (m A 1max =恒流源正极； （31）致冷器工作电流调节（A 5.3I max =）。

实验二 电压型集成温度传感器)35LM (温度特性的测试
一、 实验目的
测量电压型温度传感器的温度特性 二、 实验原理
1.“温度”是一个重要的热学物理量，它不仅和我们的生活环境密切相关，在科研及生产过程中，温度的变化对实验及生产的结果也是至关重要的，所以温度传感器的应用更是十分广泛的。

温度传感器是利用一些金属、半导体等材料与温度相关的特性制成的。

常用的温度传感器的类型、测温范围和特点见表1。

类型
传感器 测温范围
)C (︒ 特 点
热 电 阻
铂电阻 650~200-
准确度高、测量范围大 铜电阻 150~50- 镍电阻 180~60- 半导体热敏电阻
(PTC NTC CTC) -50～315
电阻率大、温度系数大、线性差、一致性差
热 电 偶 铂铑-铂 （S ） 1300~0 用于高温测量、低温测量两大类、
必须有恒温参考点（如冰点）
铂铑-铂铑（B ） 1600~0
镍铬-镍硅（K ） 1000~0
镍铬-康铜（E ） 750~20- 铁-康铜 （J ） 600~40-
其 它
PN 结温度传感器
150~50- 体积小、灵敏度高、线性好、一致
性差
IC 温度传感器
150~50- 线性度好、一致性好
2.电压型集成温度传感器（35LM ）
35LM 温度传感器，标准T092工业封装，其准确度一般为C 5.0︒±。

（有几种级别）由于其输出为电压，且线性极好，故只要配上电压源，数字式电压表就可以构成一个精密数字测温系统。

内部经激光校准保证
了极高
的准确度及一致性，无须再校准。

输出电压的温度系数C /mV 0.10K V ︒=，利用下式可计算出被测温度)C (t ︒:
t C mV t K U V )/10(0︒==
即： m V 10/U )C (t 0=︒ （1）
35LM 温度传感器的电路符号见图4，o V 为输出端。

实验测量时只要直接测量其输出端电压o U ，即可知待测量的温度。

三、实验仪器
FB820型温度传感器温度特性实验仪 1台及五种不同的温度传感器 四、实验步骤
按图14-3接线。

控温传感器Pt100铂电阻(A 级)已经装在致冷井和加热干井炉中与其它井孔离中心相同半径的位置,保证其测量温度与待测元件实际温度相同。

在环境温度高于摄氏零度时，先把温度传感器放入致冷井中（图中实线所示），利用半导体致冷把温度降到C 0︒，并以此温度作为起点进行测量，每隔C 10︒测量一次，直到需要待测温度高于环境温度时，就把温度传感器转移到加热干井中，然后开启加热器，控温系统每隔C 10︒设置一次，待控温稳定min 2后，测试传感器)35LM (的输出电压，数据记入表3：
得到数据用最小二乘法进行拟合得: __________A = ，____________r = 。

(实验报告中具体给出利用最小二乘法的数据处理过程)
4
141R R U I I S
+=
=第三章 半导体热电特性综合实验仪
实验三 电阻温度计与非平衡直流电桥
直流电桥是一种精密的电阻测量仪器,具有重要的应用价值.按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥.平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂电桥（惠斯登电桥）、双臂直流电电桥（开尔文电桥）.它们只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程中和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量.非平衡电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，再进行运算处理，从而得到引起电阻变化的其他物理量，如温度、压力、形变等.
一、目的要求
学习与掌握用非平衡直流电桥电压输出方法测量电阻在基本原理和操作方法. 学习与初步掌握非平衡电桥的设计方法；学习与掌握根据不同待测电阻值选择桥式.
二、实验仪器
1. YJ-SB-1半导体热电特性综合实验仪、
2. Pt100温度传感器、
3.数字万用表（自备）、
4.非平衡直流电桥及应用实验模板、
5.热敏电阻温度传感器 .
三、实验原理
非平衡电桥原理如图3所示：B 、D 之间为一负载电阻Rg ，只要测量电桥输出
Ug 、Ig 即可得到Rx 值.
电桥分类
等臂电桥：R1=R2=R3=R4. 输出对称电桥，也称卧式电桥：R1=R4=R ，R2=R3=R ˊ,且R ≠R ˊ.
电源对称电桥，也称立式电桥：R1=R2=R ，R3=R4=R ˊ,且R ≠R ˊ.
输出电压
当负载电阻Rg+→∞，即电桥输出处于开路
状态时，Ig=0，仅有电压输出，用U0
此种情况.
根据分压原理，ABC 半桥的电压降为US ，通过R1、R4两臂电流为
（1）
则R4上的电压降为
（2）
同理R3上的电压降为
（3）
输出电压U0为UBC 与UDC 之差
（4）
满足条件
或
者 （5）
时，则电桥输出U0=0，即电桥处于平衡状态，式（5）就称为电桥平衡条件.为了测量的准确性，在测量的起始点，电桥必须调至平衡，称为预调平衡.这样可使输出只与某一臂的电阻变化有关.
若R1、R2、R3固定，R4为温度之函数Rt=R （t ）=Rx ，则当温度从t →t+Δt
时，R4→R4+ΔR ，因电桥不平衡而产生的电压输出为
（6）
若阻值变化很小，即ΔR<<Ri （i=1、2、3、4），则（6）式公母中含有ΔR 之项
可以略去，室温t0时预调平衡，则（6）式变为
（7）
由此可得三种电桥的输出为 等臂电桥
（8）
卧式电桥
（9）
立式电桥
S BC U R R R U •+=
414
S
DC BC U R R R R R R R R U U U •++-=
-=)
)((32413
14204231R R R R =4
3
21R
R R R =S
U R R R R R R R R R R R R R t U •+∆+++-∆+=
)
())(()(3232413
12420S U R R R R R R t U •++∆=)
)(()(324120
R R U R
R R R U t U S S ƥ
=∆•+•∆•=42111
4)(0R R U R
R R R U t U S S ƥ
=∆•+•∆•=42111
4)(0R
R
R R R R U R
R R R R R R R U t U S
S ∆•'+'•=∆•+•∆•'+'•
=220)(2111)()(S
DC U R R R U •+=
3
23
（10）
显然，当ΔR<<Ri 时，三种电桥的输出均与成线性比例关系.特别要强调
的一点是公式（7）--（10）中之R 和R ˊ，均为预调不衡后的电阻值.测量到输出电压后，通过上述公式运算到ΔR （x ）/R 或ΔR （t ），从而求得R （t ）=R+ΔR （t ）.
由（8）--（10）式可知，在R 、ΔR 相同的情况下，等臂电桥、卧式电桥输出
电压比立式电桥的输出电压高，因此灵敏度也高，但立式电桥测量范围大，可以通选择R 、R ˊ来扩大测量范围，R 、R ˊ差距愈大，测量范围也愈大.
3. 铂电阻
导体的电阻值随温度变化而变化，通过测量其电阻值推算出被测环境的温度，利用此原理构成的传感器就是热电阻温度传感器.，能够用于制作热电阻的金属材料必须具备以下特性：
（1） 电阻温度系数要尽可能大和稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关
系；
（2） 电阻率高，热容量小，反映速度快； （3） 材料的复现性和工艺性好，价格低；
（4） 在测量范围内物理和化学性质稳定.目前，在工业应用最广的材料是铂铜. 铂电阻与温度之间的关系，在0-630.74℃范围内用下式表示
R T =R 0（1+AT +BT 2） （11）
在-200-0℃的温度范围内为
R T =R 0[1+AT +BT 2+C （T -100℃）T 3] （12）
式中，R 0和R T 分别为在0℃和温度T 时铂电阻的电阻值，A 、B 、C 为温度系数，由实验确定，A =3.90802×10-3℃-1，B =-5.80195×10-7℃-2，C =-4.27350×10-12℃-4.由式（11）和式（12）可见，要确定电阻R T 与温度T 的关系，首先要确定R 0 的数值，R0 值不同时，RT 与T 的关系不同.目前国内统一设计的一般工业用标准铂电阻 R 0 值有100Ω和500Ω两种，并将电阻值R T 与温度T 的相应关系统一列成表格，称其为铂电阻的分度表，分度号分别用Pt100和Pt500表示.
铂电阻在常用的热电阻中准确度较高，国际温标ITS-90中还规定，将具有特殊构造的铂电阻作为13.5033K-961.78℃标准温度计使用，铂电阻广泛用于-200-850℃范围内的温度测量，工业中通常在600℃以下.
4.测温不平衡电桥如图4所示，电桥电路为输出对称电桥，（卧式电桥），V BD 为电桥的输出端，用数字表可直接测量电桥的输出电压. 四、实验内容
1、安装好实验仪器，将装有金属电阻Pt100插入恒温腔中. 将Pt100温度传感器
R
R 图4
引线接入实验模板Rt 之间，调节R 11使之为100.0Ω,然后用导线连接Rt 与R 11,接入5V 的工作电压，用数字万用表测量V BD 输出端电压,调节Rw 使电桥平衡(V BD =0).
2、用导线和专用电缆将实验装置与主机相连，打开主机电源开关，选择适当的功能（制冷或加热）.
2、3、打开制冷加热开关，若选择的是制冷功能就逆时针调节“制冷温度粗选” 和“制冷温度细选”旋钮到底，“加热 制冷”功能选择开关上的指示灯发亮（制冷状态），同时观察紫铜恒温体的温度（数字温度表）的变化，当数字温度表上的温度即将达到所需温度（如0.0℃）时顺时针调节“制冷温度粗选” 和“制冷温度细选”旋钮使指示灯闪烁（恒温状态），仔细调节“制冷温度细选”使温度恒定在所需温度（如0.0℃）.
3、待恒温腔内的温度稳定在所需温度（0.0℃）后，调节实验模板的Rw 使电桥平衡(VBD=0).
4．重新选择所需温度T 2（10.0℃）、T 3（20.0℃）、T 4（30.0℃）、T 5（40.0℃）、T 6（50.0℃）、T 7（60.0℃）、T 8（70.0℃）、T 9（80.0℃）、T 10（90.0℃）、T 11（100.0℃）、T 12（110.0℃），测出各温度时，电桥的输出电压.测量出其对应的阻值U 10、U 20、U 30、U 40、U 50、U 60、U 70、U 80、U 90、U 100、U 110.
5、改变工作电压，复以上步骤，比较电桥输出电压有何不同.
6、根据上述实验数据，绘出V-t 曲线.
7、根据V-t 曲线，用该电桥测量温度.
8、将Pt100温度传感器换成NTC 温度传感器，重新组成电桥并测量.
实验四 半导体热电特性的研究
半导体热电特性的研究
一．实验目的
1、 了解半导体制冷电堆的工作原理;
2、 了解半导体材料的帕尔贴效应；
3、 了解半导体材料的塞贝克效应.
二．实验仪器
YJ-SB-1半导体热电特性综合实验仪. 三．实验原理
半导体制冷与传统的压缩气体制冷方法不同的是它没有制冷剂，无复杂的运动机械部件和管路.其优点为外型尺寸小、重量轻、无机械运动摩擦、无噪声、可精确控制、可平移调节温度工况与制冷量.不存在由于制冷剂泄露而引起的气污染，其维护简单，使用管理方便，在许多领域尤其是在医疗领域中有厂泛的应用.
1.半导体热电材料的制冷原理
半导体制冷又称热电制冷或温差电制冷，主要是利
用热电效应中的帕耳帖效应达到制冷目的.1834年法国人珀尔帖发现了珀尔帖效应
（PELTIER EFFECT ）,帕耳帖效应是指在两种不同材料构成的回路上加上直流电压，相交的结点上会出现吸热或放热的现象.因此，在由A 有最佳热电转换特性的半导体热电材料组成的P 一N 结两端，加上一定的直流电压，利用半导体热电材料的特性就可以实现制冷或制热功能.
如图5 为半导体热电单元制冷原理图.当电流的极性如图3所示时，电子从电源负极出发，经金属片B,、结点4,P 型半导体、结点3、金属片A 、结点2,N 型半导体、结点1、金属片Bz ，再回到电源的正极.但是P 型半导体的多数载流子为空穴，其空穴电流方向与电子相反.而空穴在金属中所具有能量低于在P 型半导体中所具有的能量.因此空穴在电场的作用下由金属片A 通过结点3到达P 型半导体时，必须增加一部分能量.但是空穴白身无法增加能量，只有从金属片A 处吸收能量，并且把这部分热能转变成空穴的势能，因而使金属片A 处的温度降低.而当空穴沿P 型半导体经结点4流向金属片B ，时，由于P 型半导体中空穴能量大于金属B,中空穴的能量，因而空穴要释放出多余的势能，并巨将其转变为热能释放出来，则使金属片B,处温度升高.而图 中 右 半部分是由N 型半导体与金属片A 和金属片B:相连.N 型半导体的多数载流子为电子，而电子在金属中的势能低于在N 型半导体中所具有的势能.在电场的作用下，电子从金属片A 通过结点2到达N 型半导体时必然要增加势能，而这部分势能只能从金属片A 处取得，结果金属片A 处的温度必然会降低.而当电子从N 型半导体经结点1流向金属片B:时，因电子由势能高处流向势能低处，因此在金属B:处释放能量，使之转变为热能释放出来，则使金属片B ，处温度升高.
综上分析 ，金属片A 处的温度在此电流状态下温度会降低而成为冷端，因而低温的金属片A 便从周围介质吸收热量而使周围介质得到冷却;金属片B1和B2处由于载流子的释放能量而使之的温度升高，成为热端，在制冷过程中热端所产生的热量必须排走.吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N 、P 的元件对数来决定.一般制冷片内部是由上百对电偶联成的热电堆，以达到增强制冷（制热）的效果，本实验所使用的半导体制冷片每片上集成了126对电偶串联成的热电堆.把直流电流反向，半导体致冷堆的冷端、热端就会互换. 2.半导体热电材料的温差电效应
早在1823年德国的物理学家Thomas Seebeck 就在实验中上发现, 在具有温度梯度的样品两端会出现电压降, 这一效应成为制造热电偶测量温度和将热能直接转换为电能的理论基础, 称为Seebeck （塞贝克）效应. 这一效应成为实现将热能直接转换为电能的理论基础. 图6为实现热电转化模式的简单示意图. 随着半导体材料的深入研究和广泛应用，热电性能良好的半导体材料和半金属材料使热电效应的效率大大提高，从
而使热电效应发电渐步入实用阶段，目前在国防、工业、农业、医疗和日常生活等领域热电效应均有一定应用. 四．实验内容
1、安装好实验仪器，用导线将直流稳压电源输出与实验装置的两接线柱相连，用
T H
专用电缆将主机测温电缆与实验装置相应的电缆座相连，数字多功能表输入端与实验装置的两接线柱相连.
.
2、打开主机电源开关，记下室温T
3、调节直流稳压电源，使直流电压输出最小，用连接线将直流电压输出与实验装置的两接线柱相连. 缓慢调节直流稳压电源，使直流电压输出为5V左右，若紫铜恒温体的温度逐步升高（半导体制冷片处于制热状态）.
4、关闭直流稳压电源，将输出的两根导线互换位置使半导体制冷片处于制冷状态.
5、关闭直流稳压电源，将输出的两根导线互换位置使半导体制冷片处于制热状态，打开电源，待紫铜恒温体的温度升高到100℃时，关闭电源停止加热；拔掉直流稳压电源上的两根电源线，观察半导体制冷片的热电势与温差的关系.
第四章 PN 结正向特性综合实验仪
一．概述
PN 结温度传感器相对于其它温度传感器来说，具有灵敏度高、线性好、热响应快、
易于实现集成化等优点。

根据半导体理论可知，PN 结的正向压降与其正向电流和温度有关，当正向电流保持不变时，正向压降只随温度的变化而变化。

本实验仪是在恒定的正向电流条件下，测试PN 结正向压降与温度的关系，从而验证这一原理。

本实验也是集电学、热学为一体的综合性实验，适用于大专院校的普通物理实验和有关专业的基础实验。

二．主要技术指标
1．测试恒流源F I ：输出电流μA 1000~0 ，连续可调，细度μA 1≤电流稳定度：μA 2103+- ，负载稳定度： 310- ；
2．加热电流：A 1~1.0，步进值A 1.0 ，最大负载电压V 15； 3．温度传感器590AD :
测量范围：()C 150~C 55K 2.423~K 2.218︒︒-即，测温精度：C 1︒± 输出电流：()K 1μA 1μA 2.423~μA 2.218对应于绝对温度即；
4．正向电流、正向压降和温度的值分别用两组 21
3 位LED 显示，精度：%5.0。

三．仪器结构及说明
1．测试仪:
测试仪中的“V V F ∆输出及”输出端可供外部测量时用。

测试仪由恒流源基准电压显示等部分组成，原理框图见图4：
在图4中，D 为被测PN 结，F R 为F I 的取样电阻，开关K 用于选择测量对象和极性
变换的作用，其中21P ,P 测量31F P , P , I 测量41F P ,P , V 测量V ∆电压。

恒流源有两组，其中一组提供正向电流F I ，电流输出范围为μA 1000~0，可连续调节；另一组用于加热，其控温电流为A 1~1.0，步进值1A .0，可用于选择不同的加热测试温度。

基准电压源也有两组，一组用于补偿被测PN 结在C 0︒或室温R T 时的正向压降
()0V F 或()R F T V ，可通过面板上的“V ∆调零”电位器实现0V =∆。

此时若升温0V <∆；
若降温0V >∆，则表明正向压降随温度升高而下降。

另一组基准电压源用于温度转换和校准，因为本实验采用AD590测温，它的输出电流按μA/K 1变化，它与热力学温度成正比，根据欧姆定律，在串联电路中，k Ω1的取样电阻上将产生mV/K 1的输出电压，若输出电压为423.2mV ~2.218 ，那么相应的温度范围就是：
()C 150~C 55即K 2.423~2.218︒+︒-。

为了方便地显示摄氏温度值，本仪器设置了一组
mV 2.273的基准电压，经转换后输出电压变为0mV 15~mV 55-，对应于摄氏温度
C 150~C 55︒+︒-，这样不仅可以用三位半数字电压表显示，而且直接用摄氏温标（C ︒为单位）显示温度，更符合实验者的使用习惯。

上述的V V ,I F F ∆和，可通过“测量选择”开关来选择测量，由另一量程为1000mV ±的三位半数字电压表显示。

另外，表示补偿PN 结正向压降的V ∆电压和表示温度的T V 电压均有输出接口，可供外部测量或记录仪记录使用。

四．使用步骤：
1．组装好加热测试装置，注意安装牢靠，螺丝要拧紧。

2．连接相应的导线。

3．打开机箱背后的电源开关，两组数字表即有指示，若发现数字乱跳或溢出，则应检查信号电缆插头是否插好或芯线有无折断、脱焊或检查待测PN 结、测温元件连线是否正常。

4．将“测量选择”开关K 拨到F I ，转动“F I 调节”旋钮，把F I 调节到需要数值，再将K 拨到F V ，F V 也可改变，最后将K 拨到V ∆，转动“V ∆调节”旋钮，使0V =∆。

5．将“加热电源”用二芯专用线连至加测试装置上的二芯插座，并开启控温电流至
A 2.0档，加热指示灯即亮，1～２分钟后，可见温度显示逐渐上升。

至此，仪器进入正常运行。

可选择不同大小的加热电流来改变温升速率。

6．仪器的温度测量值，出厂时已在C 0︒（冰水混合物）条件下进行了校准，仪器的“温度校准”请不要随意调节，以免温度测量失准。

如发现仪器温度显示存在偏差，可在室温下用分辨率为C 1.0︒的标准温度表作标准，调节“温度校准”使数字温度表显示读数与标准温度表相同。

7．用户如需做C 0︒实验时，需自备有冰水混合物的容器。

将加热装置置入容器中，等仪器显示温度为C 0︒时即可进行实验。

五．注意事项：
1．加热装置加热较长时间后，隔离圆筒外壳会有一定温升，注意安全使用。

2．仪器应存放于温度为C 40~0︒，相对湿度%85~%30的环境中，避免与腐蚀性的有害物质接触，并防止剧烈碰撞。

实验五 PN 结正向压降与温度关系
常用的温度传感器有热电偶、测温电阻器和热敏电阻等，这些温度传感器均有各自的优点，但也有它的不足之处，如热电偶适用温度范围宽，但灵敏度低、且需要参考温度；热敏电阻灵敏度高、热响应快、体积小，缺点是温度特性呈非线性，且一致性较差，这对于仪表的校准和调节均感不便；测温电阻如铂电阻有精度高、线性好的优点，但灵敏度低且价格较贵；而PN 结温度传感器则有灵敏度高、线性较好、热响应快和体小轻巧易集成化等优点，所以其应用势必日益广泛。

但是这类温度传感器的工作温度一般为C 150~C 50︒+︒-，与其它温度传感器相比，测温范围的局限性较大，有待于进一步改进和开发。

一、实验目的
1．了解PN 结正向压降随温度变化的基本关系式。

2．在恒定正向电流条件下，测绘PN 结正向压降随温度变化的曲线，并由此确定其灵敏度及被测PN 结材料的禁带宽度。

3．学习用PN 结测量温度的方法。

二、实验原理
理想的PN 结的正向电流F I 和正向压降F V 存在如下近关系式： )T
k V q exp(
I I F
s F ••=• （1） 其中q 为电子电量； 为玻尔兹曼常数；T 为绝对温度；S I 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有关的系数，可以证明：。