实
实验题目实验目的
验
报
告
19系04级姓名王承乐日期05118台号1号台评分
PN结正向压降温度特性的研究
1了解PN结正向压降随温度变化的基本关系式。2在恒流供电条件下，测绘PN结正向压降随温度变化曲线，并由此确定其灵敏度和被测PN结材料的禁带宽度。3学习用PN结测温的方法。
实验原理
理想PN结的正向电流IS和压降VF存在如下近似关系
IFISexp
qVFkT
（1）
其中q为电子电荷；k为波尔兹曼常数；T为绝对温度；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，可以证明
ISCTrexp
qVg0kT

（2）
其中C是与结面积、掺质浓度等有关的常数；r也是常数；Vg0为绝对零度时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。将（2）式代入（1）式，两边取对数可得
kcVFVg0qI
IF
其中
kTrTqI
TV1V
1
（3）
kcV1Vg0qI
IFKTV
1I
Trq
T


这就是PN结正向压降作为电流和温度函数的表达式，它是PN结温度传感器的基本方程。令IF常数，则正向压降只随温度而变化，但是在方程（3）中，
f除线性项V1外还包含非线性项V
1项所引起的线性误差。设温度由T1变为T时，正向电压由VF1变为VF，由（3）式可得
VFVg0Vg0VF1


TkTTL
TT1q1
r
（4）
按理想的线性温度影响，VF应取如下形式：
VF理想VF1
VF1TT1T
（5）
VF1V等于T1温度时的F值。TT
由（3）式可得
Vg0VF1kVF1rTT1q
所以
（6）
VgVF1kTkV理想VF1rTT1Vg0Vg0VF1TT1rT1qT1q


（7）由理想线性温度响应（7）式和实际响应（4）式相比较，可得实际响应对线性的理论偏差为
kkTTV理想VFrTT1L
rqqT1
（8）
设T1300K，T310K，取r34由（8）式可得0048mV，而相应的VF的改变量约20mV，相比之下误差甚小。不过当温度变化范围增大时，VF温度响应的非线性误差将有所递增，这主要由于r因子所致。综上所述，在恒流供电条件下，PN结的VF对T的依赖关系取决于线性项V1，即正向压降几乎随温度升高而线性下降，这就是PN结测温的依据。必须指出，上述结论仅适用于杂质全部电离、本征激发可以忽略的温度区间对于通常的硅二极管来说，温度范围约50℃150℃。如果温度低于或高于上述范围时，r