实验报告---半导体PN结的物理特性及弱电流测量

成都信息工程学院

物理实验报告

姓名：石朝阳专业：班级：学号：实验日期： 2009-9-15下午实验教室： 5102-1 指导教师：【实验名称】 PN 结物理特性综合实验【实验目的】

1. 在室温时，测量PN 结电流与电压关系，证明此关系符合波耳兹曼分布规律

2. 在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数

3. 学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流

4. 测量PN 结电压与温度关系，求出该PN 结温度传感器的灵敏度

5. 计算在0K 温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度【实验仪器】

半导体PN 结的物理特性实验仪资产编号：××××，型号：×××（必须填写）【实验原理】

1．PN 结的伏安特性及玻尔兹曼常数测量 PN 结的正向电流-电压关系满足：

]1)/[exp(0-=kT eU I I (1)

当()exp /1eU kT >>时,(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有：

0exp(/)I I eU kT = (2)

也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN 结I U -关系值，则利用(1)式可以求出

/e kT 。在测得温度T 后，就可以得到/e k ，把电子电量e 作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数k 。

实验线路如图1所示。

2、弱电流测量

LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器，用它组成电流-电压变换器(弱电流放大器),如图2所示。其中虚线框内电阻r Z 为电流-电压变换器等效输入阻抗。

运算放大器的输入电压0U 为：

00i U K U =- (3)

式(3)中i U 为输入电压，0K 为运算放大器的开环电压增益，即图2中电阻f R →∞时的电压增益（f R 称反馈电阻）。因而有：

00(1)

i i s f f

U U U K I R R -+=

= (4) 由（4）式可得电流-电压变换器等效输入阻抗x Z 为

1i f f

x s U R R Z I K K =

=≈

+ (5)

由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流s I 与输出电压0U 之间的关系式，即：

图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图

图2 电流－电压变换器

i s f

r U U I Z R =

=- (6) 只要测得输出电压0U 和已知f R 值，即可求得s I 值。 3、PN 结的结电压be U 与热力学温度T 关系测量。

当PN 结通过恒定小电流（通常100I A μ=），由半导体理论可得be U 与T 的近似关系：

be go U ST U =+ (7)

式中 2.3/o

S mV C =-为PN 结温度传感器灵敏度。由go U 可求出温度0K 时半导体材料的近似禁带宽度go go E qU =。硅材料的go E 约为1.20eV 。【实验内容】

（一）c be I U -关系测定，并进行曲线拟合计算玻尔兹曼常数（1be U U =）

1、在室温情况下，测量三极管发射极与基极之间电压1U 和相应电压2U 。1U 的值约从0.30V 至0.50V 范围，每隔0.01V 测一相应电压2U 的数据，至2U 达到饱和(2U 变化较小或基本不变)。在记录数据开始和结束时都要记录下变压器油的温度θ，取温度平均值θ-

。

2、改变干井恒温器温度，待PN 结与油温一致时，重复测量1U 和2U 的关系数据，并与室温测得的结果进行比较。

3、曲线拟合求经验公式：运用最小二乘法将实验数据代入指数函数()21exp U a bU =。求出相应的a 和b 值。

4、玻尔兹曼常数k 。利用/b e kT =，把电子电量e 作为已知值代入，求出k 并与玻尔兹曼常数公认

图3 图4

值（230 1.38110k -=?）进行比较。

（二）be U T -关系测定，计算硅材料0K 时近似禁带宽度go E 值。

1、通过调节图3电路中电源电压，使上电阻两端电压保持不变，即电流100I A μ=。同时用电桥测量铂电阻T R 的电阻值，得恒温器的实际温度。从室温开始每隔5℃－10℃测一组be U 值，记录。

2、曲线拟合求经验公式：运用最小二乘法，将实验数据分别代入线性回归、指数回归、乘幂回归这三种常用的基本函数(它们是物理学中最常用的基本函数),然后求出衡量各回归程序好坏的标准差δ。对已测得的1U 和2U 各对数据，以1U 为自变量，2U 作因变量，分别代入：(1)线性函数21U aU b =+；(2)乘幂函数21b U aU =；（3）指数函数21exp()U a bU =?，求出各函数相应的a 和b 值，得出三种函数式，究竟哪一种函数符合物理规律必须用标准差来检验。办法是：把实验测得的各个自变量1U 分别代入三个基本函数，得到相应因变量的预期值*2U ,并由此求出各函数拟合的标准差：

δ=

用最小二乘法对be U T -关系进行直线拟合，求出PN 结测温灵敏度S 及近似求得温度为0K 时硅材料禁带宽度go E 。【注意事项】

1. 数据处理时，对于扩散电流太小(起始状态)以及扩散电流接近或达到饱和时的数据，在处理数据时应删去，因为这些数据可能偏离公式(2)。

2. 必须观测恒温装置上温度计读数，待TIP31三极管温度处于恒定时(即处于热平衡时),才能记录1U 和2U 数据。

3. 本实验，TIP31型三极管温度可采用的范围为0-50℃。

4. 仪器具有短路自动保护，一般情况集成电路不易损坏，但请勿将二极管保护装置拆除。【数据记录】（数据仅供参考）

1、c be I U -关系测定。室温条件下:1θ =25.90℃，2θ =26.10℃，θ-

=26.00℃

2、电流I ＝100uA 时，be U T -关系测定。

【数据处理】

1、曲线拟合求经验公式，计算玻尔兹曼常数：

根据要求用最小二乘法处理数据，假设PN 结电流和电压的关系满足0exp(/)I I eU kT =,所以先要

对公式0exp(/)I I eU kT =进行线性化处理。

由于U 2和I 是线性关系,即I =A*U 2,A 可视为微小电流转换为电压的转换系数。首先以U 2替换I ，公

式变化为A 201exp(/)U I eU kT =

两边取对数：201ln ln /U I eU kT =+-lnA, 令： lnU 2=y,U 1=x,ln Io -lnA=,e/Kt=b 上式变化为： y a bx =+

根据最小二乘法的计算公式：

)

(x x y x xy b x

b y a -?-=

-= )

)((2222y y x x y x xy r --?-=(P 27页)

,11i n i x n x ∑== ∑==n i i x n x 122

,1 ∑==k i i y k y 1,1 ∑==n i xy n xy 1

列表计算：（双击该表可见计算过程）

由此可知，相关系数r=0.99972,指数拟合的很好，也就说明PN 结扩散电流-电压关系遵循指数分布规律。计算玻尔兹曼常数，由表中数据得

4/38.79(273.1526.00) 1.16010/e k bT CK J ==?+=?

则：19-23

1.60210 1.3810/ / 1.16010

e k J K e k -?===??测 2、求PN 结温度传感器的灵敏度S ，0K 时硅材料禁带宽度go E 。

用作图法对be U T -数据进行处理：（图省略）所画的直线的斜率，即PN 结作为温度传感器时

的灵敏度 2.30/s mV K =-，表明PN 结是负温度系数的。截距 1.30go U V =（0K 温度）；则 1.30go E eU ==电子伏特。【实验结果】

1、测量值-231.3810/ k J K =?测与公认值230 1.38110/k J K -=?相当一致。

-23

01.3810/A 100%0.08%k J K k k k ???

?=??

测0测＝＝ 2、硅在0K 温度时禁带宽度公认值 1.205go E =电子伏特，上述结果与实际大小基本吻合。由于PN 结温度传感器的线性范围为－50℃－－150℃，在常温时，非线性项将不可完全忽略，所以本实验测得

1.30go E =电子伏特是合理的。

【问题讨论】

谈谈自己对本实验的体会与建议等。

实验结果：

PN结物理特性及玻尔兹曼常数测量

P N结物理特性及玻尔兹曼常数测量 Prepared on 21 November 2021

PN 结物理特性及玻尔兹曼常数测量半导体PN 结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一。使用本实验的仪器用物理实验方法，测量PN 结扩散电流与电压关系，证明此关系遵循指数分布规律，并较精确地测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一),使学生学会测量弱电流的一种新方法。本实验的仪器同时提供干井变温恒温器和铂金电阻测温电桥，测量PN 结结电压be U 与热力学温度T 关系，求得该传感器的灵敏度，并近似求得0K 时硅材料的禁带宽度。【实验目的】 1、在室温时，测量PN 结扩散电流与结电压关系，通过数据处理证明此关系遵循指数分布规律。 2、在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数。 3、学习用运算放大器组成电流—电压变换器测量10-6A 至10-8A 的弱电流。 4、测量PN 结结电压be U 与温度关系，求出结电压随温度变化的灵敏度。 5、计算在0K 时半导体（硅）材料的禁带宽度（选作）。 6、学会用最小二乘法拟合数据。【实验仪器】 FD-PN-4型PN 结物理特性综合实验仪（如下图）,TIP31c 型三极管（带三根引线）一只，长连接导线11根（6黑5红），手枪式连接导线10根，3DG6（基极与集电极已短接，有二根引线）一只，铂电阻一只。 FD-PN-4 型PN 节物理特性测定仪【实验原理】 1. 测量三极管发射极与基极电压U 1和集电极与基极电压U 2之间的关系 (a)PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知，PN 结的正向电流-电压关系满足： [] 1/0-=KT eU e I I (1) 式(1)中I 是通过PN 结的正向电流，I 0是反向饱和电流，在温度恒定是为常数，T 是热力学温度，e 是电子的电荷量，U 为PN 结正向压降。由于在常温(300K)时，kT /e ≈ ，而PN 结正向压降约为十分之几伏，则KT eU e />>1,(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有： KT eU e I I /0= (2) 也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN 结I-U 关系值，则利用(1)式可以求出e /kT 。在测得温度T 后，就可以得到e /k 常数，把电子电量作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数k 。在实际测量中，二极管的正向I-U 关系虽然能较好满足指数关系，但求得的常数k 往往偏小。这是因为通过二极管电流不只是扩散电流，还有其它电流。一般它包括三个部分： [1]扩散电流，它严格遵循(2)式； [2]耗尽层复合电流，它正比于KT eU e 2/； [3]表面电流，它是由Si 和SiO 2界面中杂质引起的，其值正比于mKT eU e /,一般m >2。

大学物理实验报告及答案

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 大学物理实验报告答案大全（实验数据及思考题答案全包括）伏安法测电阻实验目的(1) 利用伏安法测电阻。 (2) 验证欧姆定律。 (3) 学会间接测量量不确定度的计算；进一步掌握有效数字的概念。 U 实验方法原理根据欧姆定律，R =，如测得U 和I 则可计算出R。值得注意的是，本实验待测电阻有两只， I 一个阻值相对较大，一个较小，因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式，以减小测量误差。实验装置待测电阻两只，0～5mA 电流表1 只，0－5V 电压表1 只，0～50mA 电流表1 只，0～10V 电压表一只，滑线变阻器1 只，DF1730SB3A 稳压源1 台。实验步骤本实验为简单设计性实验，实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时，可提示学生参照第2 章中的第2.4 一节的有关内容。分压电路是必须要使用的，并作具体提示。 (1) 根据相应的电路图对电阻进行测量，记录U 值和I 值。对每一个电阻测量3 次。 (2) 计算各次测量结果。如多次测量值相差不大，可取其平均值作为测量结果。 (3) 如果同一电阻多次测量结果相差很大，应分析原因并重新测量。数据处理 (1) 由?U =U max ×1.5% ，得到?U 1 = 0.15V,?U2 = 0.075V ； (2) 由?I = I max ×1.5% ，得到?I 1 = 0.075mA,?I 2 = 0.75mA； (3) 再由u= R ( ?U )2 + ( ?I ) 2 ，求得u= 9 ×101?, u= 1?； R 3V 3I R1 R2 (4) 结果表示R1 = (2.92 ± 0.09) ×10光栅衍射实验目的 (1) 了解分光计的原理和构造。 (2) 学会分光计的调节和使用方法。?, R 2 = (44 ±1)? (3) 观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长实验方法原理

大学物理实验PN结正向压降温度特性的研究实验报告

实验题目：PN 结正向压降温度特性的研究实验目的：了解PN 结正向压降随温度变化的基本关系式。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。学习用PN 结测温的方法。实验原理：理想PN 结的正向电流I F 和压降V F 存在近似关系： )exp( kT qV Is I F F = 其中q 为电子电荷，k 为玻尔兹曼常数，T 为绝对温度，I S 为反向饱和电流： ]) 0(ex p[kT qV CT Is g r -= 由上面可以得到： 11)0(n r F g F V V InT q kT T I c In q k V V +=-??? ? ? ?-= 其中 () r n F g InT q KT V T I c In q k V V -=???? ? ?-=11)0( 在上面PN 结正向压降的函数中，令I F =常数，那么V F 就是T 的函数。考虑V n1引起的线性误差，当温度从T 1变为T ，电压由V F1变为V F ： [] r n F g g F T T q kT T T V V V V ??? ? ??---=111 1)0()0( )(111T T T V V V F F F -??+=理想 ()[] ()r T T q k T T V V V T T r q k T V V V V F g g F g F 1111111)0()0(----=-????? ?---+=理想两个表达式相比较，有： ()r F T T Ln q kT T T r q k V V )(1 1+-- =-=?理想综上可以研究PN 结正向压降温度特性。实验内容：1、求被测PN 结正向压降随温度变化的灵敏度S （mv/℃）。作?V —T 曲线（使用Origin 软件工具），其斜率就是S 。 2、估算被测PN 结材料硅的禁带宽度E g (0)=qV g (0)电子伏。根据（6）式，略去非线性，可得

半导体PN结的物理特性及弱电流测量实验..

半导体PN 结的物理特性及弱电流测量实验【实验目的】 1．在室温时，测量PN 结电流与电压关系，证明此关系符合指数分布规律。 2．在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数。 3．学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流。 4．测量PN 结电压与温度的关系，求出该PN 结温度传感器的灵敏度。 5．计算在0K 温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度。【实验原理】 1． PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知，PN 结的正向电流-电压关系满足： []1)/exp(0-=kT eU I I (1) 式中I 是通过PN 结的正向电流，0I 是反向饱和电流，在温度恒定是为常数，T 是热力学温度，e 是电子的电荷量，U 为PN 结正向压降。由于在常温(300K)时，e kT /≈0.026v ，而PN 结正向压降约为十分之几伏，则)/exp( kT eU >>1，(1)式括号内－1项完全可以忽略，于是有： )/exp(0kT eU I I = (2) 也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN 结I-U 关系值，则利用(1)式可以求出 kT e /。在测得温度T 后，就可以得到k e /常数，把电子电量作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数k 。在实际测量中，二极管的正向I-U 关系虽然能较好满足指数关系，但求得的常数k 往往偏小。这是因为通过二极管电流不只是扩散电流，还有其它电流。一般它包括三个部分：1）扩散电流，它严格遵循(2)式；2）耗尽层符合电流，它正比于)2/exp(kT eU ；3)表面电流，它是由硅和二氧化硅界面中杂质引起的，其值正比于)/exp( mkT eU ，一般m >2。因此，为了验证(2)式及求出准确的e /k 常数，不宜采用硅二极管，而采用硅三极管接成共基极线路，因为此时集电极与基极短接，集电极电流中仅仅是扩散电流。复合电流主要在基极出现，测量集电极电流时，将不包括它。本实验中选取性能良好的硅三极管(TIP31型),实验中又处于较低的正向偏置，这样表面电流影响也完全

大学物理实验报告优秀模板

大学物理实验报告优秀模板大学物理实验报告模板实验报告一.预习报告 1.简要原理 2.注意事项二.实验目的三.实验器材四.实验原理五.实验内容、步骤六.实验数据记录与处理七.实验结果分析以及实验心得八.原始数据记录栏(最后一页) 把实验的目的、方法、过程、结果等记录下来，经过整理，写成的书面汇报，就叫实验报告。实验报告的种类因科学实验的对象而异。如化学实验的报告叫化学实验报告，物理实验的报告就叫物理实验报告。随着科学事业的日益发展，实验的种类、项目等日见繁多，但其格式大同小异，比较固定。实验报告必须在科学实验的基础上进行。它主要的用途在于帮助实验者不断地积累研究资料，总结研究成果。实验报告的书写是一项重要的基本技能训练。它不仅是对每次实验的总结，更重要的是它可以初步地培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，是科学

论文写作的基础。因此，参加实验的每位学生，均应及时认真地书写实验报告。要求内容实事求是，分析全面具体，文字简练通顺，誊写清楚整洁。实验报告内容与格式 (一) 实验名称要用最简练的语言反映实验的内容。如验证某程序、定律、算法，可写成“验证×××”；分析×××。 (二) 所属课程名称 (三) 学生姓名、学号、及合作者 (四) 实验日期和地点（年、月、日） (五) 实验目的目的要明确，在理论上验证定理、公式、算法，并使实验者获得深刻和系统的理解，在实践上，掌握使用实验设备的技能技巧和程序的调试方法。一般需说明是验证型实验还是设计型实验，是创新型实验还是综合型实验。 (六) 实验内容这是实验报告极其重要的内容。要抓住重点，可以从理论和实践两个方面考虑。这部分要写明依据何种原理、定律算法、或操作方法进行实验。详细理论计算过程. (七) 实验环境和器材实验用的软硬件环境（配置和器材）。 (八) 实验步骤只写主要操作步骤，不要照抄实习指导，要简明扼要。还应该画出实验流程图（实验装置的结构示意图），再配以

实验十PN结物理特性测定

一、概述半导体PN结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一。本仪器用物理实验方法，测量PN结扩散电流与电压关系，证明此关系遵循指数分布规律，并较精确地测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一),使学生学会测量弱电流的一种新方法。本仪器同时提供干井变温恒温器和铂金电 U与热力学温度T的关系，求得该传感器的灵敏度，并近似求得阻测温电桥，测量PN结结电压 be 0K时硅材料的禁带宽度。二、仪器简介图1 PN结物理特性测定仪实验装置

FD-PN-4型PN 结物理特性测定仪主要由直流电源、数字电压表、实验板以及干井测温控温装置组成，如图1所示。三、技术指标 1．直流电源:±15V 直流电源一组， 1.5V 直流电源一组 2．数字电压表:三位半数字电压表量程0—2V ,四位半数字电压表量程 0—20V 3．实验板: 由运算放大器LF356、印刷引线、接线柱、多圈电位器组成。TIP31型三极管外接。 4．恒温装置:干井式铜质可调节恒温,恒温控制器控温范围，室温至80℃；控温分辨率0.1℃； 5．测温装置:铂电阻及电阻组成直流电桥测温0℃（Ω=00.1000R ）。四、实验项目 1．测量PN 结扩散电流与结电压关系，通过数据处理证明此关系遵循指数分布规律。 2．较精确地测量玻尔兹曼常数。(误差一般小于2%) 3．测量PN 结结电压be U 与温度关系，求出结电压随温度变化的灵敏度。 4．近似求得0K 时半导体（硅）材料的禁带宽度。 5．学会用铂电阻测量温度的实验方法和直流电桥测电阻的方法。五、注意事项 1．实验时接±12V 或±15V ，但不可接大于15V 电源。±15V 电源只供运算放大器使用，请勿作其它用途。 2．运算放大器7脚和4脚分别接+15V 和-15V ，不能反接，地线必须与电源0V (地)相接(接触要良好)。否则有可能损坏运算放大器，并引起电源短路。一旦发现电源短路(电压明显下降),请立即切断电源。 3．要换运算放大器必须在切断电源条件下进行，并注意管脚不要插错。元件标志点必须对准插座标志槽口。 4．必须经教师检查线路接线正确，学生才能开启电源，实验结束应先关电源，才能拆除接线。

PN结物理特性测定2015

半导体PN 结的物理特性实验实验目的 1．测量PN 结电流与电压关系，证明此关系符合指数分布规律。 2．测量玻尔兹曼常数。 3．测量PN 结电压与温度的关系，求出该PN 结温度传感器的灵敏度。 4．计算在0K 温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度。实验原理 1． PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知，PN 结的正向电流-电压关系满足： []1)/exp(0-=kT eU I I (1) 式中I 是通过PN 结的正向电流，0I 是反向饱和电流，在温度恒定是为常数，T 是热力学温度，e 是电子的电荷量，U 为PN 结正向压降。由于在常温(300K)时，e kT /≈0.026v ，而PN 结正向压降约为十分之几伏，则)/exp( kT eU >>1，(1)式括号内－1项完全可以忽略，于是有： )/exp(0kT eU I I = (2) 也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN 结I-U 关系值，则利用(1)式可以求出 kT e /。在测得温度T 后，就可以得到k e /常数，把电子电量作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数k 。在实际测量中，二极管的正向I-U 关系虽然能较好满足指数关系，但求得的常数k 往往偏小。这是因为通过二极管电流不只是扩散电流，还有其它电流。一般它包括三个部分：1）扩散电流，

它严格遵循(2)式；2）耗尽层符合电流，它正比于)2/exp(kT eU ；3)表面电流，它是由硅和二氧化硅界面中杂质引起的，其值正比于)/exp( mkT eU ，一般m >2。因此，为了验证(2)式及求出准确的e /k 常数，不宜采用硅二极管，而采用硅三极管接成共基极线路，因为此时集电极与基极短接，集电极电流中仅仅是扩散电流。复合电流主要在基极出现，测量集电极电流时，将不包括它。本实验中选取性能良好的硅三极管(TIP31型),实验中又处于较低的正向偏置，这样表面电流影响也完全可以忽略，所以此时集电极电流与结电压将满足(2)式。实验线路如图1所示。图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图 2.PN 结的结电压be U 与热力学温度T 关系测量。当PN 结通过恒定小电流（通常电流A I μ1000=），由半导体理论可得be U 与T 近似关系： go be U ST U += （5）式中S ≈－2.3C mV o /为PN 结温度传感器灵敏度。由go U 可求出温度0K 时半导体材料的近似禁带宽度go E ＝go qU 。硅材料的go E 约为1.20eV 。实验仪器 1. 直流电源、数字电压表、温控仪组合装置（包括±15V 直流电源、0－1.5V 及3.0V 直流电源、三位半数字电压表、四位半数字电压表、温控仪）。 2. TIP31型三极管（带三根引线）1个,3DG 三极管1个。

大学物理实验报告答案大全(实验数据)

U 2 I 2 大学物理实验报告答案大全（实验数据及思考题答案全包括）伏安法测电阻实验目的 (1) 利用伏安法测电阻。 (2) 验证欧姆定律。 (3) 学会间接测量量不确定度的计算；进一步掌握有效数字的概念。实验方法原理根据欧姆定律， R = U ，如测得 U 和 I 则可计算出 R 。值得注意的是，本实验待测电阻有两只，一个阻值相对较大，一个较小，因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式，以减小测量误差。实验装置待测电阻两只，0～5mA 电流表 1 只，0－5V 电压表 1 只，0～50mA 电流表 1 只，0～10V 电压表一只，滑线变阻器 1 只，DF1730SB3A 稳压源 1 台。实验步骤本实验为简单设计性实验，实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时，可提示学生参照第 2 章中的第 2.4 一节的有关内容。分压电路是必须要使用的，并作具体提示。 (1) 根据相应的电路图对电阻进行测量，记录 U 值和 I 值。对每一个电阻测量 3 次。 (2) 计算各次测量结果。如多次测量值相差不大，可取其平均值作为测量结果。 (3) 如果同一电阻多次测量结果相差很大，应分析原因并重新测量。数据处理 (1) 由 U = U max ? 1.5% ，得到 U 1 = 0.15V , U 2 = 0.075V ； (2) 由 I = I max ? 1.5% ，得到 I 1 = 0.075mA , I 2 = 0.75mA ； (3) 再由 u R = R ( 3V ) + ( 3I ) ，求得 u R 1 = 9 ? 101 &, u R 2 = 1& ； (4) 结果表示 R 1 = (2.92 ± 0.09) ?10 3 &, R 2 = (44 ± 1)& 光栅衍射实验目的 (1) 了解分光计的原理和构造。 (2) 学会分光计的调节和使用方法。 (3) 观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长实验方法原理

大学物理实验报告示例(含数据处理)

怀化学院大学物理实验实验报告系别物信系年级2009专业电信班级09电信1班姓名张三学号09104010***组别1实验日期2009-10-20 实验项目:长度和质量的测量

【实验题目】长度和质量的测量【实验目的】 1. 掌握米尺、游标卡尺、螺旋测微计等几种常用测长仪器的读数原理和使用方法。 2. 学会物理天平的调节使用方法，掌握测质量的方法。 3. 学会直接测量和间接测量数据的处理，会对实验结果的不确定度进行估算和分析，能正确地表示测量结果。【实验仪器】(应记录具体型号规格等，进实验室后按实填写) 直尺(50cm)、游标卡尺(0.02mm)、螺旋测微计(0～25mm,0.01mm),物理天平(TW-1B 型，分度值0.1g ，灵敏度1div/100mg),被测物体【实验原理】(在理解基础上，简明扼要表述原理，主要公式、重要原理图等) 一、游标卡尺主尺分度值：x=1mm,游标卡尺分度数：n （游标的n 个小格宽度与主尺的n-1小格长度相等）,游标尺分度值： x n n 1-（50分度卡尺为0.98mm,20分度的为：0.95mm ）,主尺分度值与游标尺分度值的差值为：n x x n n x = -- 1,即为游标卡尺的分度值。如50分度卡尺的分度值为： 1/50=0.02mm,20分度的为：1/20=0.05mm 。读数原理：如图，整毫米数L 0由主尺读取，不足1格的小数部分l ?需根据游标尺与主尺对齐的刻线数 k 和卡尺的分度值x/n 读取： n x k x n n k kx l =--=?1 读数方法（分两步）： (1)从游标零线位置读出主尺的读数.(2)根据游标尺上与主尺对齐的刻线k 读出不足一分格的小数,二者相加即为测量值.即: n x k l l l l +=?+=00,对于50分度卡尺：02.00?+=k l l ; 对20分度：05.00?+=k l l 。实际读数时采取直读法读数。二、螺旋测微器原理：测微螺杆的螺距为0.5mm ，微分筒上的刻度通常为50分度。当微分筒转一周时，测微螺杆前进或后退0.5mm ，而微分筒每转一格时，测微螺杆前进或后退0.5/50=0.01mm 。可见该螺旋测微器的分度值为0.01mm ，即千分之一厘米，故亦称千分尺。读数方法：先读主尺的毫米数（注意0.5刻度是否露出），再看微分筒上与主尺读数准线对齐的刻线（估读一位）,乖以0.01mm, 最后二者相加。三：物理天平天平测质量依据的是杠杆平衡原理分度值:指针产生1格偏转所需加的砝码质量，灵敏度是分度值的倒数，即n S m = ?，它表示天平两盘中负载相差一个单位质量时，指针偏转的分格数。如果天平不等臂，会产生系统误差，消除方法：复称法，先正常称1次，再将物放在右盘、左盘放砝码称1次(此时被测质量应为砝码质量减游码读数)，则被测物体质量的修正值为：21m m m ?=。【实验内容与步骤】(实验内容及主要操作步骤)

大学物理实验报告23-PN结温度传感器特性

天津大学物理实验报告姓名：专业：班级：学号：实验日期：实验教室：指导教师：【实验名称】 PN 结物理特性综合实验【实验目的】 1. 在室温时，测量PN 结电流与电压关系，证明此关系符合波耳兹曼分布规律 2. 在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数 3. 学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流 4. 测量PN 结电压与温度关系，求出该PN 结温度传感器的灵敏度 5. 计算在0K 温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度【实验仪器】半导体PN 结的物理特性实验仪资产编号：××××，型号：×××（必须填写）【实验原理】 1．PN 结的伏安特性及玻尔兹曼常数测量 PN 结的正向电流-电压关系满足： ]1)/[ex p(0-=kT eU I I (1) 当()exp /1eU kT >>时,(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有： 0exp(/)I I eU kT = (2) 也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN 结I U -关系值，则利用(1)式可以求出 /e kT 。在测得温度T 后，就可以得到/e k ，把电子电量e 作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数k 。实验线路如图1所示。

2、弱电流测量 LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器，用它组成电流-电压变换器(弱电流放大器),如图2所示。其中虚线框内电阻r Z 为电流-电压变换器等效输入阻抗。运算放大器的输入电压0U 为： 00i U K U =- (3) 式(3)中i U 为输入电压，0K 为运算放大器的开环电压增益，即图2中电阻f R →∞时的电压增益（f R 称反馈电阻）。因而有： 00(1) i i s f f U U U K I R R -+= = (4) 由（4）式可得电流-电压变换器等效输入阻抗x Z 为 00 1i f f x s U R R Z I K K = =≈+ (5) 由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流s I 与输出电压0U 之间的关系式，即：图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图图2 电流－电压变换器

PN结物理特性及玻尔兹曼常数测量.

PN 结物理特性及玻尔兹曼常数测量半导体PN 结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一。使用本实验的仪器用物理实验方法，测量PN 结扩散电流与电压关系，证明此关系遵循指数分布规律，并较精确地测出玻尔兹曼常数(物理学重要常数之一),使学生学会测量弱电流的一种新方法。本实验的仪器同时提供干井变温恒温器和铂金电阻测温电桥，测量PN 结结电压be U 与热力学温度T 关系，求得该传感器的灵敏度，并近似求得0K 时硅材料的禁带宽度。【实验目的】 1、在室温时，测量PN 结扩散电流与结电压关系，通过数据处理证明此关系遵循指数分布规律。 2、在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数。 3、学习用运算放大器组成电流—电压变换器测量10-6A 至10-8A 的弱电流。 4、测量PN 结结电压be U 与温度关系，求出结电压随温度变化的灵敏度。 5、计算在0K 时半导体（硅）材料的禁带宽度（选作）。 6、学会用最小二乘法拟合数据。【实验仪器】 FD-PN-4型PN 结物理特性综合实验仪（如下图）,TIP31c 型三极管（带三根引线）一只，长连接导线11根（6黑5红），手枪式连接导线10根，3DG6（基极与集电极已短接，有二根引线）一只，铂电阻一只。 FD-PN-4 型PN 节物理特性测定仪【实验原理】 1. 测量三极管发射极与基极电压U 1和集电极与基极电压U 2之间的关系 (a)PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数测量由半导体物理学可知，PN 结的正向电流-电压关系满足： [] 1/0-=KT eU e I I (1) 式(1)中I 是通过PN 结的正向电流，I 0是反向饱和电流，在温度恒定是为常数，T 是热力学温度，e 是电子的电荷量，U 为PN 结正向压降。由于在常温(300K)时，kT /e ≈0.026v ，而PN 结正向压降约为十分之几伏，则KT eU e />>1,(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有： KT eU e I I /0= (2) 也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN 结I-U 关系值，则利用(1)

大学物理实验报告范例

怀化学院大学物理实验实验报告系别数学系年级2010专业信息与计算班级10信计3班姓名张三学号**组别1实验日期2011-4-10 实验项目:验证牛顿第二定律

1.气垫导轨的水平调节可用静态调平法或动态调平法，使汽垫导轨保持水平。静态调平法：将滑块在汽垫上静止释放，调节导轨调平螺钉，使滑块保持不动或稍微左右摆动，而无定向运动，即可认为导轨已调平。 2.练习测量速度。计时测速仪功能设在“计时2”，让滑块在汽垫上以一定的速度通过两个光电门，练习测量速度。 3.练习测量加速度计时测速仪功能设在“加速度”，在砝码盘上依次加砝码，拖动滑块在汽垫上作匀加速运动，练习测量加速度。 4.验证牛顿第二定律（1）验证质量不变时，加速度与合外力成正比。用电子天平称出滑块质量滑块m ，测速仪功能选“加速度”，按上图所示放置滑块，并在滑块上加4个砝码(每个砝码及砝码盘质量均为5g)，将滑块移至远离滑轮一端，使其从静止开始作匀加速运动，记录通过两个光电门之间的加速度。再将滑块上的4个砝码分四次从滑块上移至砝码盘上，重复上述步骤。（2）验证合外力不变时，加速度与质量成反比。计时计数测速仪功能设定在“加速度”档。在砝码盘上放一个砝码（即 g m 102=），测量滑块由静止作匀加速运动时的加速度。再将四个配重块(每个配重块的质量均为m ′=50g)逐次加在滑块上，分别测量出对应的加速度。【数据处理】 (数据不必在报告里再抄写一遍，要有主要的处理过程和计算公式，要求用作图法处理的应附坐标纸作图或计算机打印的作图) 1、由数据记录表3，可得到a 与F 的关系如下：由上图可以看出，a 与F 成线性关系，且直线近似过原点。上图中直线斜率的倒数表示质量，M=1/=172克，与实际值M=165克的相对误差： %2.4165 165 172=- 可以认为，质量不变时，在误差范围内加速度与合外力成正比。

《大学物理(一)》实验报告

中国石油大学（华东）现代远程教育实验报告课程名称：大学物理(一) 实验名称：速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证实验形式：在线模拟+现场实践提交形式：在线提交实验报告学生姓名：学号：年级专业层次：学习中心：提交时间：2020 年04月05 日

一、实验目的 1．了解气垫导轨的构造和性能，熟悉气垫导轨的调节和使用方法。 2．了解光电计时系统的基本工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。 3．掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和方法。 4．从实验上验证F=ma的关系式，加深对牛顿第二定律的理解。 5．掌握验证物理规律的基本实验方法。二、实验原理 1．速度的测量一个作直线运动的物体，如果在t~t+Δt时间内通过的位移为Δx（x~x+Δx），则该物体在Δt时间内的平均速度为，Δt越小，平均速度就越接近于t时刻的实际速度。当Δt→0时，平均速度的极限值就是t时刻（或x位置）的瞬时速度（1）实际测量中，计时装置不可能记下Δt→0的时间来，因而直接用式（1）测量某点的速度就难以实现。但在一定误差范围内，只要取很小的位移Δx，测量对应时间间隔Δt，就可以用平均速度近似代替t时刻到达x点的瞬时速度。本实验中取Δx为定值（约10mm），用光电计时系统测出通过Δx所需的极短时间Δt，较好地解决了瞬时速度的测量问题。 2．加速度的测量在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一个光电门，分别测出滑块经过这两个位置时的速度v1和v2。对于匀加速直线运动问题，通过加速度、速度、位移及运动时间之间的关系，就可以实现加速度a的测量。（1）由测量加速度在气垫导轨上滑块运动经过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2，经过两个光电门之间的时间为t21，则加速度a为

PN结的物理特性—实验报告

半导体PN 结的物理特性实验报告姓名：陈晨学号：12307110123 专业：物理学系日期：2013年12月16日一、引言半导体PN 结是电子技术中许多元件的物质基础具有广泛应用，因此半导体PN 结的伏安特性是半导体物理学的重要内容。本实验利用运算放大器组成电流-电压变换器的方法精确测量弱电流，研究PN 结的正向电流I ，正向电压U ，温度T 之间的关系。本实验桶过处理实验数据得到经验公式，验证了正向电流与正向电压的指数关系，正向电流与温度的指数关系以及正向电压与温度的线性关系，并由此与计算玻尔兹曼常数k 与0K 时材料的禁带宽度E ，加深了对半导体PN 节的理解。二、实验原理 1、 PN 结的物理特性（1）PN 结的定义：若将一块半导体晶体一侧掺杂成P 型半导体，即有多余电子的半导体，另一侧掺杂成N 型半导体，即有多余空穴的半导体，则中间二者相连的接触面就称为PN 结。（2）PN 结的正向伏安特性：根据半导体物理学的理论，一个理想PN 结的正向电流I 与正向电压U 之间存在关系 ①，其中I S 为反向饱和电流，k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度，e 为电子电量。在常温（T=300K ）下和实验所取电压U 的范围内，故①可化为 ②，两边取对数可得。（3）当温度T 不变时作lnI-U 图像并对其进行线性拟合，得到线性拟合方程的斜率为e/kT ，带入已知常数e 和T ，便得玻尔兹曼常数k 。 2、反向饱和电流I s （1）禁带宽度E ：在固体物理学中泛指半导体或是绝缘体的价带顶端至传导带底端的能量差距。对一个本征半导体而言，其导电性与禁带宽度的大小有关，只有获得足够能量的电子才能从价带被激发，跨过禁带宽度跃迁至导带。（2）根据半导体物理学的理论，理想PN 结的反向饱和电流Is 可以表示为 ③，代入②得，其中I 0为与结面积和掺杂浓度等有关的常数，γ取决于少数载流子迁移率对温度的关系，通常取γ=3.4，k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度．E 为0K 时材料的禁带宽度。两边取对数得，其中γlnT 随温度T 的变化相比（eU-T ）/kT 很缓慢，可以视为常数。（3）当正向电压U 不变时作lnI-1/T 图像并进行线性拟合，得到拟合方程斜率（eU-E ）/k ，代入已知常数便得0K 时PN 结材料的禁带宽度E ；当正向电流I 不变时作U-T 图并进行线性拟合，得到拟合直线截距E/e ，带入已知常数，便得0K 时PN 结材料的禁带宽度E 。 3、实验装置及其原理（1）如图所示为由运算放大器组成的电流-电压变换器电路图，电压表V1测量的是正向电压U1，电压表V2测量的是正向电流I 经运算放大器放大后所对应的电压U2，分析电路后可知，正向电流I ≈U 2/R f ，其中R f 为反馈电阻。通过二极管的正向电流除了扩散电流外，还 (1)eU kT s I I e =-1 eU kT e >>eU kT s I I e =lnI lnI s eU kT =+0E kT s I I T e γ - =0eU E kT I I T e γ-=0ln lnI ln eU E I T kT γ-=++

大学物理实验报告霍尔效应

大学物理实验报告霍尔效应一、实验名称：霍尔效应原理及其应用二、实验目的：1、了解霍尔效应产生原理；2、测量霍尔元件的、曲线，了解霍尔电压与霍尔元件工作电流、直螺线管的励磁电流间的关系；3、学习用霍尔元件测量磁感应强度的原理和方法，测量长直螺旋管轴向磁感应强度及分布；4、学习用对称交换测量法(异号法)消除负效应产生的系统误差。三、仪器用具：YX-04 型霍尔效应实验仪(仪器资产编号)四、实验原理：1、霍尔效应现象及物理解释霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直于电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场。对于图1 所示。半导体样品，若在x 方向通以电流，在z 方向加磁场，则在y 方向即样品A、A′电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的电场，电场的指向取决于样品的导电类型。显然，当载流子所受的横向电场力时电荷不断聚积，电场不断加强，直到样品两侧电荷的积累就达到平衡，即样品A、A′间形成了稳定的电势差(霍尔电压)。设为霍尔电场，是载流子在电流方向上的平均漂移速度；样品的宽度为，厚度为，载流子浓度为，则有：(1-1) 因为，，又根据，则(1-2)其中称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。只要测出、以及知道和，可按下式计算：(1-3)(1-4)为霍尔元件灵敏度。根据RH 可进一步确定以下参数。(1)由的符号(霍尔电压的正负)判断样品的导电类型。判别的方法是按图1 所示的和的方向(即测量中的+，+)，若测得的 <0(即A′的电位低于A 的电位)，则样品属N 型，反之为P 型。(2)由求载流子浓度，即。应该指出，这个关系式是假定所有载流子都具有相同的漂移速度得到的。严格一点，考虑载流子的速度统计分布，需引入的修正因子(可参阅黄昆、谢希德著《半导体物理学》)。(3)结合电导率的测量，求载流子的迁移率。电导率与载流子浓度以及迁移率之间有如下关系：(1-5)2、霍尔效应中的副效应及其消除方法上述推导是从理想情况出发的，实际情况要复杂得多。产生上述霍尔效应的同时还伴随产生四种副效应，使的测量产生系统误差，如图 2 所示。 (1)厄廷好森效应引起的电势差。由于电子实际上并非以同一速度v 沿y 轴负向运动，速度大的电子回转半径大，能较快地到达接点3 的侧面，从而导致3 侧面较4 侧面集中较多能量高的电子，结果3、4 侧面出现温差，产生温差电动势。可以证明。的正负与和的方向有关。(2)能斯特效应引起的电势差。焊点1、2 间接触电阻可能不同，通电发热程度不同，故1、2 两点间温度可能不同，于是引起热扩散电流。与霍尔效应类似，该热扩散电流也会在 3、4 点间形成电势差。若只考虑接触电阻的差异，则的方向仅与磁场的方向有关。(3)里纪-勒杜克效应产生的电势差。上述热扩散电流的载流子由于速度不同，根据厄廷好森效应同样的理由，又会在3、4 点间形成温差电动势。的正负仅与的方向有关，而与的方向无关。(4)不等电势效应引起的电势差。由于制造上的困难及材料的不均匀性，3、4 两点实际上不可能在同一等势面上，只要有电流沿x 方向流过，即使没有磁场，3、4 两点间也会出现电势差。的正负只与电流的方向有关，而与的方向无关。综上所述，在确定的磁场和电流下，实际测出的电压是霍尔

半导体PN结的物理特性及弱电流测量(精)

成都信息工程学院物理实验报告姓名：石朝阳专业：班级：学号：实验日期： 2009-9-15下午实验教室： 5102-1 指导教师：【实验名称】 PN 结物理特性综合实验【实验目的】 1. 在室温时，测量PN 结电流与电压关系，证明此关系符合波耳兹曼分布规律 2. 在不同温度条件下，测量玻尔兹曼常数 3. 学习用运算放大器组成电流-电压变换器测量弱电流 4. 测量PN 结电压与温度关系，求出该PN 结温度传感器的灵敏度 5. 计算在0K 温度时，半导体硅材料的近似禁带宽度【实验仪器】半导体PN 结的物理特性实验仪资产编号：××××，型号：×××（必须填写）【实验原理】 1．PN 结的伏安特性及玻尔兹曼常数测量 PN 结的正向电流-电压关系满足： ]1)/[exp(0-=kT eU I I (1) 当()exp /1eU kT >>时,(1)式括号内-1项完全可以忽略，于是有： 0exp(/)I I eU kT = (2) 也即PN 结正向电流随正向电压按指数规律变化。若测得PN 结I U -关系值，则利用(1)式可以求出 /e kT 。在测得温度T 后，就可以得到/e k ，把电子电量e 作为已知值代入，即可求得玻尔兹曼常数k 。实验线路如图1所示。

2、弱电流测量 LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器，用它组成电流-电压变换器(弱电流放大器),如图2所示。其中虚线框内电阻r Z 为电流-电压变换器等效输入阻抗。运算放大器的输入电压0U 为： 00i U K U =- (3) 式(3)中i U 为输入电压，0K 为运算放大器的开环电压增益，即图2中电阻f R →∞时的电压增益（f R 称反馈电阻）。因而有： 00(1) i i s f f U U U K I R R -+= = (4) 由（4）式可得电流-电压变换器等效输入阻抗x Z 为 00 1i f f x s U R R Z I K K = =≈ + (5) 由(3)式和(4)式可得电流-电压变换器输入电流s I 与输出电压0U 之间的关系式，即：图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图图2 电流－电压变换器

大学物理实验报告要求

大学物理实验报告要求大学物理实验报告要求一、预习报告要求 1.预习报告包括实验名称，实验目的，实验仪器，实验原理，实验步骤五个部分，采用学校统一的“中原工学院信息商务学院实践性环节报告用纸”书写，不允许打印。 2.预习报告要求有一定的字数，不能过少，该有的图、表一定要画上。 3.预习报告内容要求能反映实验所有环节，学生能直接看预习报告完成实验的内容。 4.无预习报告者不允许进入实验室做实验。二、原始数据记录要求 1.原始数据记录要求清晰明了，该有的物理量、包括单位一定要写上。 2.原始数据必须得到实验老师的认可，有实验老师的签名才算有效。 3.原始数据要求用黑色或蓝色字迹签字笔书写（画图除外）。 4.原始数据记录一经教师签字即不允许作任何改动，否则视为无效。三、实验报告要求 1.实验报告包括实验名称，实验目的，实验仪器，实验原理，实验步骤，数据记录，数据处理、思考题七个部分，采用学校统一的“中原工学院信息商务学院实践性环节报告用纸”书写，不允许打印。 2.实验报告中实验数据记录要求将原始数据的数据在实验报告中重新誊写一份，以便处理，不能直接使用原始数据记录或者在原始数据记录页上直接处理数据。 3.数据处理中所有要求画图的处理方式均应在正果的坐标纸上进行作图。 4. 实验报告和预习报告不能互用，预习报告中写过的部分实验报告要求重写。 5.实验报告数据处理要求有详细地处理步骤，不能仅有最终答案。误差处理参考课本第一章和第二章。四、实验报告装订要求 1.装订实验报告时要求实验报告在前、实验原始数据在中间、预习报告在后统一装订在一起，不要分开装订。 2.报告的第一页要求写清楚自己的姓名、班级、学号,缺一不可。五、实验报告上交要求 1.上交实验报告时以班级为单位放好，每班放置一摞，不要管是否同一个实验。 2.一般是第二周或者第二次做实验时上交第一个实验的实验报告。大学物理实验预习报告

半导体PN结的物理特性

半导体PN结的物理特性简介：半导体PN结的物理特性是物理学和电子学的重要基础内容之一，它在实践中有着广泛的应用，如各种晶体管、太阳能电池、半导体制冷、半导体激光器、发光二极管都是由半导体PN结组成。本实验主要研究的两个问题是：（1）测量PN结扩散电流与电压的关系；（2）研究PN结电压与热力学温度的关系。一、实验目的（1）了解用运算放大器测量弱电流的原理和方法；（2）测量PN结结电压与电流关系，证明此关系符合指数分布规律，用作图法求玻尔兹曼常数；（3）测量PN结结电压与温度的关系，求出PN结温度传感器的灵敏度；（4）计算在绝对零度时，半导体材料的禁带宽度。二、实验仪器：FD-PN-4 PN结物理特性实验仪

三、实验原理 1．PN 结伏安特性及玻尔兹曼常数的测量半导体在常温下PN 结电压与电流有如下指数关系： 0qU kT S I I e = （1）公式（1）中0I 为反向饱和电流，k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度，q 为电子电量，U 为电压。本实验用常规方法测量时，当PN 结电压较小时，PN 结没导通，通过的电流很弱，普通电流表很难准确测量，无法验证真实的电压电流关系和测量玻尔兹曼常数，而采用集成运放对弱电流放大可解决这些问题。 2．弱电流测量实验装置如图1所示，所用PN 结由三极管提供，LF356是一个高输入阻抗集成运算放大器，用它组成电流－电压变换器，它可对弱电流放大并转换成电压形式。其工作原理如图2所示，S I 为被测弱电流，r Z 为电路的等效输入阻抗， f R 为负反馈电阻，运放的开环放大倍数为0K ，运算放大器的输出电压为： 00i U K U =- （2）由于运放输入阻抗i r 为无限大，反馈电阻f R 流过的电流近似为S I ， 00 00 1 () (1)i S f f f U U U I U R R R K -= =-+ ≈- （3）只要测得输出电压0U 和已知f R 值，即可求得S I ，将上式代入0qU kT S I I e =可得： 102qU kT U U Ae == （4）图1 PN 结扩散电源与结电压关系测量线路图

PN结物理特性的测量

.::PN结物理特性的测量::. 图一PN结物理特性的测量实验装置全图伏安特性是PN结的基本特性，测量PN结的扩散电流与PN结电压之间的关系，可以验证它们遵守波尔兹曼分布，并进而求出波尔兹曼常数的值．PN结的扩散电流很小，为10-6～10-8 A数量级，所以在测量PN结扩散电流的过程中，运用了弱电流测量技术，即用运算放大器对电流进行电流-电压变换。

图二PN结形成示意图 .::实验预习::. 1. LF356运算放大器介绍利用LF356运算放大器可以组成电流-电压变换器，如图1所示．LF356运算放大器是一个集成运算放大器，Rf为反馈电阻，若Rf → ∞时，输出电压U0与输入电压Ui的比值叫做运算放大器的开环增益K0．运算放大器的输入阻抗r很大，理想情况下r → ∞，可以认为反馈电流等于信号源的输入电流Is．Zr为电流—电压变换器的等效输入阻抗，因为反馈电流等于信号源的输入电流Is，输入电流Is可以写为【实验内容】实验线路图如图1所示．在常温和零温（冰水混合物）下测量硅三极管发射极与基极之间的电压U1和相应的LF356输出电压U2 ．通过调节100可调电位器改变U1的值，尽量在线性区域多测量数据点．根据公式（7）拟合求波尔兹曼常数k B． .::实验仪器::. 【实验仪器】

±15V 直流稳压电源，TIP31型硅三极管，LF356集成运算放大器，四位半数字万用表，电阻，电容，电位器，导线，实验接线板等． TIP31型硅三极管，LF356集成运算放大器的管脚如图2所示．图3 .::思考题::. 【思考题】

1．得到的数据一部分在线性区，一部分不在线性区，为什么？拟合时应如何注意取舍？数据不在线性区有两种情况：1.u1较小时，2.u1较大时 1）.u1较小时，公式不满足 2）.u1较大时，p-n结所通过的电流虽可增加，但放大器的输出电压达到饱和。 2．减小反馈电阻的代价是什么？对实验结果有影响吗？反馈电阻减小使输出电压减小，在一定范围瑞影响不大 .::参考资料::. 有关PN结的介绍纯净的半导体称为本征半导体，为研究半导体的性质，必须对其掺杂形成P 型半导体和N型半导体（掺杂的浓度可以达到1017个/cm3）。当P型和N型半导体通过工艺方法结合，在两者的交接面处就形成PN结。当不加外电压时，每个区域中的多数载流子都向较低浓度的区域扩散(电子从N型区向P型区扩散；空穴从P型区向N型区扩散)。这就在结中留下丁固定的电离中心(施主和受主)，形成一个空间电荷区域(耗尽层)，该区有一个从N型区指向P型区的电场。在N 型区与P型区之间存在一个电动势，它对载流子建立起—个势垒并使N型区的能量比P型区的低一些。当费米能级在整个材料内为一常数时，平衡才能达到。这种扩散电流被少数载流子电流(电子从P型向N型扩散，空穴从N型向P型扩散)所补偿。当加上偏压时势垒高度或者变低或者升高。在第一种情况下(加正向偏压)，扩放电流随电压十分迅速地增加，在第二种情况下(加反向偏压)，仅仅由于少数载流子引起的电流是很小的，并随着所加的电压有很微小的变化(同正向电流比较)。其实，我们所说的二极管就是一个PN结，具有单向导通性。通过试验可以得到二极管的伏安特性。