pn結特性和玻爾茲曼常數測定實驗裝置圖

『壹』 實驗43應用計算機測定pn結正向電壓溫度特性中為什麼要用電壓放大器

低溫好，高溫影響測量結果 PN 結正向壓降與溫度關系的研究 從二十世紀六十年代起開始發展的 PN 結感測器具有靈敏度高、線性好、熱響應快和體小輕巧等特 點， 尤其在溫度數字化、 溫度控制以及微機進行溫度實時訊號處理等方面有很強的相對優勢。

『貳』 PN結物理特性的研究及玻爾茲曼常量的實驗原理是什麼

摘要 在同一溫度下，正向電壓隨正向電流的變化關系，繪制伏安特性曲線； 在不同溫度下，測量玻爾茲曼常數。

『叄』 pn結溫度電壓特性測定時,溫度范圍為什麼設置在室溫到100度之內

因為PN結工作溫度高於室溫，通常低於100度。

『肆』 PN結測玻爾茲曼常數實驗數據出錯是什麼原因,.....

pN結 溫度有變化 PN結供電不穩 導通電流過大數據一般不用來計算

『伍』 pn結正向壓降與溫度的關系實驗報告是什麼

pn結正向壓降與溫度的關系實驗報告如下：了解PN 結正向壓降隨溫度變化的基本關系，測定PN 結F F V I -特性曲線及玻爾茲曼常數。

實驗儀器SQ-J 型PN 結特性測試儀，三極體（3DG6），測溫元件，樣品支架等，測繪PN 結正向壓降隨溫度變化的關系曲線，確定其靈敏度及PN 結材料的禁帶寬度，學會用PN 結測量溫度的一般方法。

實驗原理PN 結F F V I -特性及玻爾茲曼常數k 的測量：由半導體物理學中有關PN 結的研究可以得出PN 結的正向電流F I 與正向電壓F V 滿足以下關系

式中e 為電子電荷量、k為玻爾茲曼常數，T為熱力學溫度，sI為反向飽和電流，它是一個與PN 結材料禁帶寬度及溫度等因素有關的系數。

是不隨電壓變化的常數，由於在常溫（300K ）下，kT/q=0.026,而PN 結的正向壓降一般為零點幾伏,所以exp kT，eV F ,1上式括弧內的第二項可以忽略不計,於是有 kT eV Is I FF exp =2。

『陸』 在測量pn結正向壓降和溫度的變化關系時，溫度高時△v-t線性好，還是溫度低好

低溫好，高溫影響測量結果
PN
結正向壓降與溫度關系的研究
從二十世紀六十年代起開始發展的
PN
結感測器具有靈敏度高、線性好、熱響應快和體小輕巧等特
點，
尤其在溫度數字化、
溫度控制以及微機進行溫度實時訊號處理等方面有很強的相對優勢。
常用的溫
度感測器有熱電偶、
測溫電阻器和熱敏電阻等，
它們根據各自的特點分別適用於不同的場合。
本實驗是
為介紹
PN
結溫度感測器的工作原理而設置的，是集電學和熱學為一體的綜合性實驗。

一、實驗目的

1
．了解
PN
結的正向壓降隨溫度變化的基本關系。

2
．測繪恆流時
PN
結的正向壓降隨溫度變化的關系曲線，並由此確定其靈敏度和被測
PN
結材料
的禁帶寬度。

3
．學慣用
PN
結測溫的方法。

二、實驗原理

1．
PN
結
現代技術是和半導體的應用分不開的，
常用半導體材料有硅和鍺。
硅和鍺是
4
價元素，
當在硅或鍺
中摻入
5
價元素
(
如磷、砷
)
的原子時，半導體中的自由電子數大大超過缺少電子的空穴數，這種半導體
就稱為電子型半導體，也叫
N
型半導體；當在硅或鍺中摻入
3
價元素
(
如鋁、銦
)
的原子時，半導體中的
空穴數大大超過電子數，這種半導體就稱為空穴型半導體，也叫
P
型半導體。如果在一塊半導體的兩
部分分別摻以
3
價和
5
價元素的原子，便形成
P
型半導體和
N
型半導體，在
P
型和
N
型半導體的接界
處就形成了
PN
結。

2.
PN
結的測溫原理
PN
結重要的獨特性能是它只允許單向電流通過。如圖
7.11
（
a
）所示，將
PN
結的
P
區連接電源正
極，
N
區連接電源負極時
(
這種聯結
叫做正向偏置
)
，即電壓為正向電壓
時，
在
PN
結中就形成了正向電流
I
F
，
正向電流隨正向電壓的增大而迅速
增大；如果像圖
7.11(b)
那樣，將
PN
結的
P
區與電源負極相連，
N
區與電
源正極相連時
(
這種聯結叫做反向偏置
)
，即電壓為反向電壓時，在
PN
結中則產生微弱的反向電流，這
微弱反向電流隨著反向電壓的增大而很快達到飽和，稱為反向飽和電流
I
m
。由此可見，
PN
結只有在正
向偏置時才有電流通過，這就是
PN
結的單向導電性。

理想的
PN
結正向電流
I
F
和壓降
V
F
存在如下近似關系

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
KT
qV
I
I
F
m
F
exp

（
1
）

式中，
q
為電子電量，
K
=1.38×10
－
23
J•K
-1
為玻爾茲曼常數，
T
為熱
力學溫度，
I
m
為反向飽和電流，它的大小

⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
=
KT
qV
CT
I
g
m
)
0
(
exp
γ

（
2
）

其中
C
是與半導體截面積、摻雜濃度等因素有關的常數；
γ
是熱學
中的比熱比，也是一個常數；
V
g
(0)
是熱力學溫度
T
=0
時，
PN
結材料的能帶結構中，它的導帶底、價帶
頂之間的電勢差
——
半導體材料的能帶理論中，
把有電子存在的能量區域稱作價帶，
空著的能量區域叫
導帶，而電子不能存在的能量區域叫禁帶，如圖
7.12
所示。

E
圖
7.12
半導體的能帶結構

導
帶
價
帶
禁帶
F
g
eV
E
=
(a)

(b)
圖
7.11 PN
結的正向偏置和反向偏置

P
N
I
F

V
F

P N
V
F

將式
(2)
帶入式
(1)
，兩邊取對數可得

1
1
)
(ln
ln
)
0
(
n
F
g
F
V
V
T
q
KT
T
I
C
q
K
V
V
+
=
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
=
γ

（
3
）

其中，
T
I
C
q
K
V
V
F
g
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
=
ln
)
0
(
1
，
)
(ln
1
γ
T
q
KT
V
n
−
=
。式
(3)
是
PN
結溫度感測器的基本方程。當正向電流
I
F
為
常數時，
V
1
是線性項，
V
n
1
是非線性項，這時正向壓降只隨溫度的變化而變化，但其中的非線性項
V
n
1
引起的非線性誤差很小
(
在室溫下，
γ
=1.4
時求得的實際響應對線性的理論偏差僅為
0.048mV)
。因此，
在恆流供電情況下，
PN
結的正向壓降
V
F
對溫度
T
的依賴關系只取決於線性項
V
1
，即在恆流供電情況
下，正向壓降
V
F
隨溫度
T
的升高而線性地下降，這就是
PN
結測溫的依據。我們正是利用這種線性關
系來進行實驗測量。

必須指出，上述結論僅適用於摻入半導體中的雜質全部被電離且本徵激發可以忽略的溫度區間，
對最常用的硅二極體，溫度范圍約為
-50
℃
—150
℃，若溫度超出此范圍，由於雜質電離因子減小或本徵
激發的載流子迅速增加，
V
F
—
T
的關系將產生新的非線性。更為重要的是，對於給定的
PN
結，即使在
雜質導電和非本徵激發的范圍內，其線性度也會隨溫度的高低有所不同，非線性項
V
n
1
隨溫度變化特徵
決定了
V
F
—
T
的線性度，使得
V
F
—
T
的線性度在高溫段優於低溫段，這是
PN
結溫度感測器的普遍規
律。
同時從式
(1)
、
(2)
、
(3)
可以看出，
對給定的
PN
結，
正向電流
I
F
越小非線性項越小，
這說明減小
I
F

，
可以改善線性度。在實驗中
I
F
取
50
μА
即可。

三、實驗儀器

TH—J
型
PN
結

V
F
—T
特性實驗儀等。

1.樣品室
實驗系統由樣品室和測試儀兩部分組成。樣品室的內部結構如圖
7.13
所示，樣品室是一個可卸的
筒狀金屬容器筒蓋，內設橡皮圈蓋與筒套具
有相應的螺紋，可使兩者旋緊保持密封。待
測的
PN
結樣管
(
採用
3DG6
晶體管的基極與
集電極短接作為正極，發射極作為負極，構
成一隻二極體
)
和測溫元件（
AD590
）均置於
銅座上，其管腳通過高溫導線分別穿過兩旁
空心細管與頂部插座
P1
連接。
加熱器裝在中
心管的支座下，其發熱部位埋在銅座的中心
柱體內，加熱電源的引線由中心管上方的插
空
P
2
引入，
P
2
和引線
(
外套瓷管
)
與容器絕緣，
容器為電源負端，
通過插件
P
1
的專用線與測試
儀機殼相連接地，並將被測
PN
結的溫度和電
壓信號輸入測試儀。

2.測試儀
測試儀由恆流源、
基準電源和顯示器等單
元組成，
如圖
7.14
所示。
恆流源有兩組，
一組
提供
I
F
，電流輸出范圍為
0
～
1000
μА
連續可
調，另一組用於加熱，其控溫電流為
0.1A
～
1A
，分為十檔，逐檔遞增或遞減
0.1A
；基準
電源亦分兩組，
一組用於補償被測
PN
結在
0
℃
或室溫
T
R
時的正向電壓
V
F
(0)
或
V
F
(
T
R
)
，可以
通過設置在儀器面板上的
「
Δ
V
調零
」
電位器旋
圖
7.14
測量原理框圖

圖
7.13
實驗系統結構圖

①樣品室

②樣品座

③待測
PN
結

④加熱器

⑤測溫元件

P2
：加熱電源插孔

P1
：
DsT
引線座

⑤
①
②
③
④
P1

P2

鈕實現
Δ
V
=0
，並滿足此條件時若升溫，
Δ
V
<0
，若降溫，則
Δ
V
>0
，以表明正向壓降隨溫度升高而下降。
另一組基準電源用於溫度轉換和校準，因本實驗採用
AD590
溫度感測器測溫，它的輸出電壓以
1mV/K
正比於熱力學溫度，它工作的溫度范圍為
-55
℃～
150
℃，相應的輸出電壓為
218.2
～
423.2mV
。為了將
輸出電壓顯示在儀器面板上，要求配置
9/2
位的
LED
顯示器，另外，為了簡化電路而又保持測量精度，
設置了一組
273.2mV
的基準電壓，
其目的是為了將上述的熱力學溫標轉換成攝氏溫標，
即對應於
-55
℃～
150
℃的工作溫區內，輸給顯示單元的電壓為
-55
～
150mV
。另一組量程為
±1000mV
的
7/2
位
LED
顯示
器用於測量
I
F
、
V
F
和
Δ
V
，可以通過
「
測量選擇
」
開關來實現。測試儀面板上設有
V
F
(
溫度數字量
)
和
Δ
V
的輸出，
DAGD
供
XY
函數記錄儀使用。在圖
7.14
所示的測量原理圖中，
D
S
為待測
PN
結；
R
S
為
I
F
的
取樣電阻；開關
K
起測量選擇與極性轉換作用，其中
R
、
P
測量
I
F
，
P
、
D
測量
V
F
，
S
、
P
測量
Δ
V
。

四、實驗內容

1.實驗系統檢查與連接
（
1
）先對照原理圖熟悉測試儀面板上的各個旋鈕開關，控溫電流開關旋鈕應放在
「
關
」
的位置上，
此時加熱指示燈不亮。

（
2
）接上加熱電源線和信號傳輸線，它們的連線方式均為直插式，因此，在連接信號線時，應先
看清並對准插頭與插座凹凸定位標記，
再按插頭的緊線夾部位，
即可插入；
而拆線時，
應拉插頭的可動
外套，絕不可魯莽左右轉動，硬拉硬扯引線，以避免拉斷影響實驗。

2.
V
F
（
t
S
）的測量和調零
（
1
）開啟測試儀電源，電源開關在機箱後面，預熱數分鍾。

（
2
）將
「
測量選擇
」
開關
(
簡稱
K
)
撥到
I
F
的位置，由
「
I
F
調節
」
使
I
F
=50
μА
，記錄初始測量溫度
t
S
(
一
般與當時的室溫
t
R
相同
)
，再將
K
撥到
V
F
的位置，記下
V
F
(
t
S
)
值，最後將
K
置於
Δ
V
的位置，由
「
Δ
V
調
零
」
使
Δ
V
=0
，准確記錄以上數據。

有時因實驗失敗，需要重新進行測量時，
PN
結所在處的溫度無法降到室溫，這時可根據實驗條件
選取一個合適的起始溫度，記錄下該溫度值，即可開始測量，測量過程與上面完全相同。

3.測定
Δ
V
—
T
曲線
（
1
）開啟加熱電源
(
指示燈即亮
)
，先將控溫電流開關旋鈕旋至
0.3A
，再逐步提高控溫加熱電流，
實驗過程中每測量三個點控溫電流增加
0.1A
即可。

（
2
）
記錄對應的
Δ
V
和
T
，
為了減小測量誤差，
便於處理數據，
實驗中按
Δ
V
每改變
10mV
或
15mV
立即讀取一組數據，將數據填入擬定的表格中。

五、注意事項

1
．為保持加熱均勻，在整個實驗過程中，升溫速率要慢，即控溫電流一開始不可選擇過大，且最
高溫度最好控制在
120
℃左右。

2
．在實驗過程中應保證
PN
結正向電流為恆定電流，並保持在
50
μА
上。

3
．
Δ
V
在實驗開始時應調零，在實驗過程中不可再調節。

『柒』 PN結物理特性的研究及玻爾茲曼常量的測定實驗中溫度為什麼不能超過100攝氏度

在實驗測定的過程當中，因為溫度超過100度可以導致自己的常量有所波動，實驗數據不準確，所以不準許超過100℃的進行實驗。

『捌』 pn結正向壓降與溫度的關系實驗報告是什麼

pn結正向壓降與溫度的關系實驗報告是了解PN 結正向壓降隨溫度變化的基本關系，測定PN 結F F V I -特性曲線及玻爾茲曼常數。

實驗原理PN 結F F V I -特性及玻爾茲曼常數k 的測量：由半導體物理學中有關PN 結的研究可以得出PN 結的正向電流F I 與正向電壓F V 滿足以下關系

式中e 為電子電荷量、k為玻爾茲曼常數，T為熱力學溫度，sI為反向飽和電流，它是一個與PN 結材料禁帶寬度及溫度等因素有關的系數，是不隨電壓變化的常數。

由於在常溫（300K ）下，kT/q=0.026,而PN 結的正向壓降一般為零點幾伏,所以exp kT，eV F ,1上式括弧內的第二項可以忽略不計,於是有 kT eV Is I FF exp =2。

正向壓降：

正向壓降是指在規定的正向電流下，二極體的正向電壓降，是二極體能夠導通的正向最低電壓。

二極體除了具有PN結，還具有半導體材料的體電阻，封裝綁定線的電阻及引腳的電阻，由於電阻的分壓，隨著電流的增大二極體壓降也會增大。

這些電阻分量在幾百mA至幾A的情況下，壓降是很明顯的，可以認為，在小電流時主要由伏安特性決定壓降，而大電流時則主要由體電阻決定壓降。

以上內容參考：網路-正向壓降

『玖』 玻爾茲曼常數還可以用什麼方法測量

P=nkT=（m/(M×V)）×kT
由此可以推導出玻爾茲曼常數k值為
k=P×M×V÷m÷T (M為相對分子質量)
由公式可知只要測出壓強 容器體積 氣體溫度及質量就可求出k,不過此種方法對儀器精度要求高，所以不實用。
知識都是一個系統，實驗與理論結合，大物學的理論要與實驗相結合。

『拾』 pn結構的物理特性研究及玻爾茲曼常數的測定中，保溫杯中加入熱水後如何判斷水油溫達到一致

【實驗內容與步驟】

I；UU？U，一(關系測定；並進行曲線擬合求經驗公式；計算玻爾茲曼常數。 cbebe1

1、實驗線路如圖1所示，說明~圖中100Ω的滑動變阻器和1.5V電源已經接入電路；只是1.5V穩壓電源正輸出沒有接地；實驗中只需將1.5V正輸出接地即可(。圖中U為三位1半數字電壓表；U為四位半數字電壓表；TIP31型為帶散熱板的功率三極體；調節電壓的分2

壓器為多圈電位器。為保持PN結與周圍環境溫度一致；把功率三極體連同散熱器浸沒在變壓器油管中；油管下端插在保溫杯中；保溫杯內盛有室溫水；變壓器油溫度用0-50?(0.1?)的水銀溫度計測量。，為簡單起見；本實驗也可把功率三極體置於乾井恆溫器溫度中；打開儀器的加熱開關；按溫度復位按鈕；讓儀器探測出環境溫度；然後調節恆溫控制到與室溫相同即可。(

2、在室溫情況下；測量三極體發射極與基極之間電壓U和相應電壓U。在常溫下12U的值約從0.3V至0.42V范圍每隔0.01V測一點數據；約測10多數據點；至U值達到飽12和時(U值變化較小或基本不變),結束測量。在記數據開始和記數據結束都要同時記錄變壓2

器油的溫度；取溫度平均值。 ，，

3、改變乾井恆溫器溫度；待PN結與油溫濕度一致時；重復測量U和U的關系數據；12並與室溫測得的結果進行比較。

eU/KTUU4、把(2)式改為；運用最小二乘法；將不同溫度下採集的?關U？RIe1220bUU？aea系數據代入指數回歸函數關系式中；算出指數函數相應的a和b的最佳值和20

IbbRI？a；則由e；KT=、兩式分別計算出玻爾茲曼常數K值和弱電流值；並說明00000

；23玻爾茲曼分布的物理的含義。已知玻爾茲曼常數公認值J/K； 由此進K？1.381；100

而計算出玻爾茲曼常數測量的結果的百分誤差。

5、曲線擬合求經驗公式~

將實驗數據分別代入線性回歸、指數回歸、乘冪回歸這三種常用的基本函數；運用最