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1、五邑大学第九届物理实验设计大赛PN结正向伏安特性随温度变化及玻尔兹曼常数测定实验设计,廖艺光 黄宝亢 杨晓良 杨家欣 指导老师:周党培,研究现状与目的,研究现状：大学物理实验现有的实验项目：（1）一定温度下PN结的伏安特性。（2）PN结正向电压降随温度的变化。研究目的：利用现有的仪器开发两个与LED专业有关的实验（1）PN结伏安特性随温度变化的规律（2）玻尔兹曼常数的测定,实验原理,根据半导体理论，PN结的正向电流与电压满足肖克莱（Shockley)方程,正向电流 正向电压 某一温度下的反向饱和电流 电子电量 热力学温度 玻尔兹曼常数,典型硅二极管的伏安特性曲线,1、测出某一温度下正向电流与电
2、压即可得伏安特性曲线，改变温度，则可绘制出伏安特性随温度变化的曲线；2、在某一温度下，Is是个定值，由此可以通过If和Vf的测量数据拟合出上述指数曲线，从而可得到玻尔兹曼常数k。,实验仪器与步骤,把PN结（三极管3DG6的发射结）置于恒温室内；调节控温电流It，使温度达到某一恒定值；在此温度下，调节通过PN结的电流If，测量相应的正向电压降Vf，描绘出在此温度下的伏安特性曲线；改变温度，测绘不同温度下的伏安特性曲线。,实验仪器：TH-J型PN结正向电压降温度特性测试仪,实验步骤：,实验结果与分析,50-80每隔5，正向电流从5uA-500uA下PN结正向电压变化的测量数据,一、PN结伏安特性随
3、温度变化数据处理及分析,曲线特征：PN结的伏安特性曲线随温度升高而向左移。结论：同一温度下VA为非线性。同一电流下，电压随温度上升线性下降。同一电压下，电流随温度上升急剧增加。说明问题：在一定的工作电压下（大功率白光LED的工作电压约3.2V），由于LED芯片发热或外部温度的轻微上升，将会导致电流急剧增加，从而使LED的功耗增加，温升更快，造成恶性循环，LED很快烧毁。,实验结果与分析,对于一个理想的PN结，正向电流 与电压 有：利用Excel对测得的 和 数据做指数拟合，可得曲线方程为,二、玻尔兹曼常数测定数据处理及分析,因此上式可表示为：,其中,所以,实验结果与分析,室温(24.7)下，测
4、得PN结正向电流与对应的正向电压数据如下,利用EXCEL进行指数函数拟合曲线及参数如下：,实验结果与分析,由图可知：,理论值,相对误差,实验结果与分析,创新与局限,创新点：在没有恒温设备的条件下，利用现有的简单仪器，实现了PN结的伏安特性随温度变化的定性测量。利用EXCEL的指数函数拟合功能在常温下实现了玻尔兹曼常数的测定，并取得了较为准确的实验结果。局限性：实验通过人工调节控温，恒温精度不够。由于实验仪器较为新旧不一（2001年起购），离散性较大，不同仪器测量的结果存在较大的差异。本实验为通过多台仪器实验后的最佳结果。实验采用的样品是带金属外壳的三极管，仪器显示的温度与内部PN结的结温有一定的偏差，应考虑封装材料的热阻。,To be continued,
