2014三级实验报告样板.doc

得分 教师签名 批改日期 深 圳 大 学 实 验 报 告 课程名称： 大学物理实验（三） 实验名称: 学院： 高等研究院 组号 6 指导教师： 赵改清 报告人： 赵浩文 学号： 2014090097 实验地点 科技楼B109 实验时间： 2016.4.1 实验报告提交时间： 2016.4.15 一、实验设计方案 1.1、实验目的 研究PN结正向压降随温度变化的基本关系。 在工作电流恒定的情况下，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。 研究PN结测温的方法，设计一个PN结测温的实验。 1.2、实验原理 1.2.1 、PN结正向压降和工作电流、及所处的温度的关系： PN 结正向压降和工作电流、及所处的温度的基本函数关系如下： ----------（1） 其中： ，为电子的电荷。 K=1.38×10-23JK-1，为玻尔兹曼常数， T――绝对温度。 If――PN结中正向电流。 γ 是热学中的比热容比，是常数。 Vg（0）是绝对零度时PN结材料的导带底和价带顶的电势差。(半导体材料的能带理论中，把未排满电子的能量区域称作价带，空着的能量区域叫导带，不能排列电子的能量区域叫禁带，如图1所示。Eg叫禁带宽度.) 其中，是线性项。是非线性相。 非线性项较小，（常温下）可忽略其影响，在恒流供电条件下PN结的VF对T的依赖关系取决线性项，即正向压降几乎随温度升高而线性下降。 1.2.2、PN结测温的方法 如果PN结正向压降在某一温度区域和温度变化成线性关系，就可以利用这一特性将它作为温度传感器的探头，原理如图2所示。将PN结做成的温度探头放在待 测环境中，通以恒定电流，温度变化可以引起结电压变化，测量结电压，将它转换成温度显示，从而达到测量温度的目的。 在计算机实测实验过程中。将电压转换成温度显示是很简单的，只需作一个计算就可以了。 1.3、实验仪器： 1.3.1实验装置 1.3.2选用仪器列表 仪器名称 型号 主要参数 用途 750接口 CI7650 阻抗1 MΩ。最大的有效输入电压范围±10 V 数据采集处理 计算机和DataStudio CI6874 —— 数据采集平台、数据处理 温度传感器 DH-PN-1 测温范围：-20~150 测温 电压传感器 CI6503 电压范围：±10 V AC/DC 数据采集 三极管 JDGS061 提供PN结 加热装置 —— —— 加热 二、实验内容及具体步骤： 2.1、测绘PN结正向压降随温度变化曲线。 （1）打开DataStudio 软件，创建一个新实验。 （2）在DataStudio 软件的窗口中设置750接口的传感器连接，并设置采样率。 （3）在DataStudio 软件的窗口打开一个图表。 （4）给PN结通以的恒定电流； （5）给加热装置接通用800mA的电流加热（保持连接，但先不接通）； (6)接通加热电流的同时在DataStudio 软件窗口中启动数据采集。 2.2、用PN结测温的应用一例：测量加热装置（铜底座的自然冷却规律） 仅以此例说明PN结可作为测温元件。 (1)在上述实验完成后，在DataStudio 软件的窗口打开一个图表。 (2)给PN结通以的恒定电流； (3)用PN结作为测检测温度的探头，启动实验，测量铜底座的自然冷却规律。 (4)用电压传感器测量PN结的正向压降。得到自然冷却过程中PN结的正向压降随时间的变化规律。 (4)在DataStudio中作一个计算，将PN结的正向压降转换成温度，也就是将电压传感器测量PN结的正向压降作如下计算： 三、数据记录及数据处理 3.1、测绘PN结正向压降随温度变化曲线。 (1)、数据记录 图4：PN结正向压降随温度变化曲线 注：上图中通道A的电压就是PN结的正向结电压 （2）、PN结正向结电压降对温度变化的灵敏度计算： 由图1数据可得PN正向结电压降对温度变化的灵敏度为 V -----（2） 上式的物理意义：在工作电流为50μA的条件下，温度每升高1℃，PN正向结电压将降低2.15mV。 PN正向压降和温度的关