Pn结与二极管的实验报告

样本11实验报告一、实验题目：Pn结与二极管二、实验目的：1、对半导体二极管的伏安特性有一些感性认识，测绘二极管伏安特性曲线；2、了解Pn结测温原理，测绘Pn结正向压降随温度变化的曲线。三、实验原理：1、晶体二极管的导电特性晶体二极管无论加上正向电压或者反向电压，当电压小于一定数值时只能通过很小的电流，只有电压大于一定数值时，才有较大的电流出现，相应的电压可以称为导通电压。正向导通电压小（锗管约0.3V，硅管约0.5V）,反向导通电压（又称“击穿电压”，“耐压”）相差很大（几伏到几百伏）。当外加电压大于导通电压时，电流按指数规律迅速增大，此时，欧姆定律对二极管不成立。在这次实验中，就是要用伏安法测绘晶体二极管的正向、反向导电特性曲线。测量电路如下：2、Pn结正向压降随温度变化的变化。Pn结温度传感器相对于其他温度传感器说，具有灵敏度高、线性好、热响应快、易于实现集成化等优点。Pn结温度传感器的原理如下：Pn结正向压降(VF)是正向电流(IF)和温度(T)的函数：(0)(ln)lngFrFkBkVVTTeIe其中，e是电子电荷，k是波尔兹曼常数，B是与结面积、掺杂浓度有关与温度无关的常数，r是常数（3.4r），T是绝对温度，Vg(0)是绝对零度时Pn结材料的导带底和价带顶的电势差。上式中有两项，线性项：(0)(ln)gFLkBVVTeI图2二极管反向伏安特性测量线路mA限流电阻箱开始时处于5000Ω位电源约1V图1二极管正向伏安特性测量线路mA限流电阻箱开始时处于5000Ω位电源约1VVVmA限流电阻箱开始时处于5000Ω位电源约1VVmA限流电阻箱开始时处于5000Ω位电源约1VV(a)mA表外接(a)mA表内接(a)mA表外接(a)mA表内接样本12非线性项：lnrNLkVTe可以证明，在恒流供电情况下，当温度较高（室温）时，Pn结的VF对T的依赖关系取决于线性项LV，即Pn结正向压降随温度升高而线性下降，这就是Pn结测温原理。在这次实验中，我们将测绘Pn结正向压降随温度变化的曲线。四、实验仪器：1、仪器记录电阻元件V-A特性实验仪；Pn结正向压降特性实验仪；加热测温装置。2、仪器使用实验注意事项：（一）、电阻元件V-A特性实验仪的使用：（1）、在测量中电流不得大于2(mA).（二）、Pn结正向压降特性实验仪的使用：（1）、仪器的连线较多，芯线较细，所以要注意使用，不可用力过猛。（2）、除加热线无极性区别外，其余都有极性区别，连接时不要接反。特别注意，加热线绝对不要接错位置，否则一定会损毁仪器的。（3）、加热装置温度不要超过100oC,长期过热使用，会造成连接线老化。（4）、使用完毕后切断电源。五、实验内容和步骤：.1、测定正向特性曲线依照图1，正确连接线路后，[电压表用“2V”档，电流表用“2mA”挡]，打开电源开关，将电源电压调至最小，逐步减小限流电阻，直到毫安表显示1.9999mA为止，记下相应的电流和电压。然后调节电源或限流电阻，将电压表最后一位读数调成0，记录电压，电流。以后按每降低0.010V测一次数据，直到伏特表的读数为0.5500V为止。正向电流不用修正。2、测定反向特性曲线依照图2，正确连接线路后，[电压表用“2V”档，电流表用“2mA”挡，接通线路开关，将电源电压逐步调大，同时逐步减小限流电阻，直到毫安表显示1.9999mA为止，记下相应的电流和电压。然后调节电源电压或者限流电阻，在将电流调节为1.8006，1.6006，1.4006、……….mA的情况下，记录相应的电压；其中0.0006mA为伏特计的电流，记录电流时应该自行减去。3、测绘Pn结正向压降随温度变化的曲线。（1）加热装置上共有两组连接线，侧向引出一组线，是加热线，共有两根芯线，与Pn结正向压降特性实验仪面板上的“12”两端子相连（可以不计正负），另一组从顶部引出，共六根芯线，其中两根（其中一根是黄色）自成一组，是测温信号线，黄色为正，黑色为负，与面板的“5”端子的正负相连（正负不能接错），另外四根和“8”，“9”端子的正负相连（正负不能接错）。（2）将控温电流旋钮旋到最小位置，打开测量仪的电源，记录室温TS;(3)按下“IF””键，将IF调到50微安；按下“VF”键，记录VF，按下“△V”键，将△V调到零。（4）将加热电流调到700mA左右，观测△V的变化，△V每改变10mv读取一组△V、T值，直至温度达到100oC为止。样本13六、数据记录：1、二极管的正向特性端电压V/V0.74000.73000.72000.71000.70000.69000.6800I/mA（外接）1.99951.50921.15770.87960.66940.50910.3087I/mA（内接）0.50460.42760.37380.32340.27630.23300.1944端电压V/V0.67000.66000.65000.64000.63000.62000.6100I/mA（外接）0.29020.21770.16310.12060.08830.06460.0468I/mA（内接）0.15960.12880.10260.08000.06140.04620.0343端电压V/V0.60000.59000.58000.57000.56000.5500I/mA（外接）0.03440.02440.01740.01240.00630.004I/mA（内接）0.02510.01810.01290.00940.00670.00472、二极管的反向特性mA表外接时二极管的反向特性U/V7.4237.4147.4037.3937.3867.3807.3737.3647.3437.319I/mA1.99991.80061.60061.40061.20061.00060.80060.60060.40060.2006U/V7.3427.2937.2877.285I/mA0.10060.05060.02060.0106mA表内接时二极管的反向特性U/V7.7627.5967.5667.5367.5087.4827.4557.4267.385I/mA1.99991.80061.60061.40061.20061.00060.80060.60060.40060.2006U/V7.3417.3007.2917.287I/mA0.10060.05060.02060.01063、Pn结正向压降随温度的变化实验室起始温度：TS=20.9℃工作电流：IF=0.56μA起始温度时的正向压降VF=666mv△V/mv0-10-20-30-40-50-60-70-80-90-100T/℃25.230.234.839.744.549.554.559.564.269.2△V/mv-110-120-130-140-150-160T/℃74.179.083.988.893.197.6七、数据处理：1、利用以上测量数据，用坐标纸分别作出晶体二极管的伏安特性曲线图[正向，反向及内接外接]；2、利用以上测量数据，坐标纸作出Pn结正向压降随温度变化的曲线图。样本14图2二极管的反向特性曲线2007.3.800.20.40.60.811.21.41.61.822.277.27.47.67.8电压(V)电流(mA)系列1系列2内接外接图１　二极管的正向伏安特性曲线2007年3月8日00.20.40.60.811.21.41.61.822.20.50.550.60.650.70.750.8电压（V)电流（A)系列1系列3内接外接样本15八、实验结论与讨论：1、晶体二极管无论加上正向电压或者反向电压，当电压小于一定数值时只能通过很小的电流，只有电压大于一定数值时，才有较大的电流出现，相应的电压可以称为导通电压。该晶体二极管的正向导通电压约为0.7V,反向导通电压约7.3V,是硅晶体二极管。2、在恒流供电情况下，当温度较高（室温）时，Pn结正向压降随温度升高而线性下降，其斜率为：ο20mv2mv/C10CVkT3、在测量二极管的正向特性时采用内接法得到的伏安特性曲线显著偏离事实，说明在被测电阻元件阻值较小，其阻值不能远大于电流表表头内阻时，电流表的分压效果会很显著，所以在此种情况下，不适合采用电流表内接。九：问答题1、为什么反向伏安特性曲线要进行电流修正?答：在反向时加在二极管两端的电压较大,这时流过福特表的电流与流过二极管的电流相比也较大。.2、在上述实验中,为何要将电压表内接,若将电流表内接有何不便?已知电流表内阻约为98。答：电压表内阻大,而电流表内阻小,一旦二极管导通其内阻很小,若将电流表内接,则电流表内阻分压较大.3、在正向特性曲线中，为何要将电压表的最后一位调为零？能否将反向特性曲线实验中的电压表最后一位读数都调为零？（结合实验数据回答）答：在正向特性曲线中，将电压表的最后一位调为零是为了便于画图，无论图的横坐标采用什么比例，这时电压值都将出现在坐标纸的方格线上。但若将反向特性曲线实验中的电压表最后一位读数都调为零，则可测数据不会超过4~5个，因为整条曲线的有意义的电压间隔不到0.04V，用4个数据画的曲线不能反映真实特性，没有什么意义。图3PN结正向压降随温度的变化关系2007.3.85005205405605806006206406606802030405060708090100110温度T(℃)导通电压(mV)系列1（52，600）（52，580）