PN结温度特性测试实验--传感器实验

一、实验目的：
掌握PN结测量温度的方法
二、实验仪器：
智能调节仪、温度源、温度传感器实验模块（二）、PT100、PN结温度传感器、±15V稳压电源、数显单元
三、实验原理：
理想PN结的正向电流If和正向压降U_F存在如下近似关系：
（53-1）
其中：e为电子电荷；k为为玻尔兹曼常数；Ｔ为绝对温度；Is为反向饱和电流。Is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
（53-2）
其中：C、γ是与结面积、掺杂浓度有关的常数；Us（0）为绝对零度时PN结材料的导带底和价带顶的电势差；
将式（38-2）代入式（38-1），且两边取对数得：
（53-3）
其中  ，式（53-3）是PN结温度传感器的基本方程。令I_F=常数，则正向压降只随温度而变。
在恒流供电的条件下，ＰＮ结的Ｕ_F对Ｔ的关系取决于线性项Ｕ_I，即正向压降几乎随温度的升高而线性下降，这就是ＰＮ结测温的根据。
四、实验步骤：
1．重复智能调节仪温度控制实验接线，将PN结温度传感器插入温度源并按图53-1接入度传感器实验模块（二）
2．从主控台接15V直流稳压电源接至温度传感器实验模块（二）。温度传感器实验模块（二）的输出Uo接主控台直流电压表，电压表选择20V档。
3．打开实验台电源，改变智能调节仪的设定值，每隔5⁰C记下Uo的输出值。直到温度升至120⁰C。并将实验结果填入下表

T（℃）

Uo2（V）

 
 
 
五、实验报告
根据表53-1的实验数据，作出U_O-T曲线，分析PN结温度传感器的温度特性曲线，计算其非线性误差。

图53-1 PN结传感器接线原理图
六、注意事项
在本实验中，采用的是硅材料PN结，温度测量范围为-50℃～150℃。