PN结温度传感器测温实验
PN结温度传感器温度特性实验
实验27 PN结温度传感器温度特性实验一，实验目的：定性了解PN结温度传感器的温度特性。
二，基本原理：晶体二极管，三极管的ＰＮ结正向电压是随温度变化而变化的，利用ＰＮ结的这个温度特性可制成ＰＮ结温度传感器。
目前用于制造温敏二极管的主要材料有砷化镓，碳化硅，硅等。
对于晶体二极管，当电流保持不变时，温度每升高１℃，正向电压下降约2mv。
他的温度系数为-2mv/℃，它具有线性度好，时间常数小（0，2~2秒），灵敏度高等优点，测温范围为:-50℃~+120℃。
其不足之处是离散性大，互换性较差。
三，常用器件与单元：机头应变梁中的PN结，加热器，主板中的F/V 表，-15V常用电源，1.2~12V可调电源，加热器，PN结，电桥，差动放大器，数显万用表。
四，实验步骤：1，用自备的万用表测量PN结传感器各引线之间的关系结构。
10.77M2，按图示接线，将F/V表切换开关至20V档检查接线无误后合上主电源，调节1.2~12V可调电源使F/V表显示为2V作为PN结工作电压Vs备用。
关闭主电源。
3，差动放大器调节：在主板上按图示意接线。
将F/V表的量程开关切换到200mV档，将差动放大器的拨动开关拨到开的位置，合上主电源开关。
将差动放大器的增益电位器按顺时针方向轻轻转到底后再逆时针回转1圈，调节调零电位器，使F/V表显示电压为0.关闭主电源。
4，PN结室温时调零：按图27 5接线，将F/V表切换开关至2v档，检查接线无误后合上主电源开关。
调节W2使F/V表显示为0.5，将加热器接到-15V稳压电源上，观察F/V表的显示变化。
再将加热器电源去掉，再观察F/V表显示变化。
由此可见，当温度升高时PN 结电压下降，Vi升高。
当温度下降时，PN结电压升高，Vi下降。
实验完毕，关闭所有电源。
基于PN结传感器的数字式温度计实验研究
２ ． １ 标定 用 “ 标 准 温度 计”
由于温度 计是 中低 温 区 的标 准 温度 计 ， 所 以 标定 用 的标准 温度 计使 用 １ ／ ３ Ｂ级铂 电阻温 度传 感器 作为 感温 元件 ， 通过校准 ０ ｃ 【 ＝ 时 的阻 值误 差
后 自行制 作或 组装 。将 所温 度传 感器 置 于盛有 冰 水混 合液 （ 水 的三相 点 ） 的容 器 中 ， 达 到热 平 衡 后
基于 Ｐ Ｎ结 传 感 器 的数 字 式 温 度 计 实 验 研 究
张凤 云 ， 罗 伟， 张利巍
（ 东北石油大学 ， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ３ １ ８ ）
摘
要： 利用数字 电压表单元模块 、 恒流源 、 Ａ Ｄ ６ ２ ０等设 计测 温实验 电路 ， 设计 制作 出 ０一Ｉ Ｏ ０ ￣ Ｃ的
温度 是基 本物 理 量 之一 ， 自然 界 中几 乎 所 有 物质 的基本 特 『 生 及其变 化规律均 与温度 密切相 关 ， 因而方便 、 快捷 、 准 确地 测 量温 度一 直 被 人们 所 追 求 １ Ｊ 。现在学 校实 验室 中所 使用 的温度 计通 常 都
是精度 为 １ ｏ Ｃ和 ０ ． １℃ 的水 银 、 煤 油 或 酒 精 温 度
第２ ７卷
第 ６期
大
学
物
理
实
验
Ｖ０ １ ． ２ ７ Ｎｏ ． ６
Ｄｅ ｃ ． ２ ０１ ４
２ ０ １ ４年 １ ２月
ＰＨ ＹＳＩ ＣＡＬ ＥＸＰＥＲＩ ＭＥＮＴ ０Ｆ Ｃ０Ｌ ＬＥＧＥ
文章编号 ： １ ０ ０ ７ ． ２ ９ ３ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ６ － ０ ０ ２ １ － ０ ３
数字温度计 ， 它具有线性度高 、 热响应速度快 、 测温精 度较高 、 重 量轻 、 易制作 、 成本 低等优 点 ， 可 以测 量
PN结温度传感器
信号与控制综合实验指导书
实验二十六 P─N 温度传感器
一、实验原理
半导体 P-N 结具有非常良好的温度线性。 根据 P-N 结特性表达公式 I = Is e RT − 1 可知，当一个 P-N 结制成后，其反向饱和电流基本上只与温度有关，根据这一原理制成 的 P-N 结温度传感器，可以直接现实绝对温度 K，并且具有良好的线性精度。
四、注意事项 1 3 位数字电压表必须 2V 档，VT 端输出的小数点后三位数字即为绝对温度值。 2
集学科优势
- 15 -
求改革创新 来自qv 二、实验所需部件
P-N 结温度传感器、温度变换器、加热器、电压表、温度计（自备）
三、实验步骤
4. 将 P-N 结温度传感器接入温度传感器端，VT 端接电压表，开启电源，电压表 2V 档显示室温的绝对温度 T，室温℃＝T-273。与温度计显示温度进行比较。 5. 打开加热器，观察随温度上升电压表所示绝对温度变化，与放在加热器上的温 度计所显示的温度进行比较。 （温度计因在塑套外与传感器感受到的温度是有差别的， 实 验时请注意这一点） 。
基于PN结传感器的温度测量仪设计报告
基于PN结传感器的温度测量仪设计摘要：温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。
本文介绍了基于PN结传感器的温度测量仪的工作原理，给出了实验电路图，在此基础上对实验数据进行了分析，并对其产生的误差进行了分析。
关键词：温度传感器、放大器、PN结、单片机正文：1.电路原理与设计方案1.1工作原理：晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。
通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器。
这种传感器主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。
例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降-2mV，利用这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管1N4007）或采用硅三极管（可将集电极和基极短接）接成二极管来做PN结温度传感器。
1.2设计方案：一种数字温度测量仪，其特征在于包括：一个恒流源电路；一个同恒流源相串联的PN结温度传感器，PN结传感器它输出一个同温度有关的电压信号；一个把上述与温度有关的电压信号转换成数字信号的A/D转器；一个同A/D变换器的输出端相连接从而把A/D转换器输出的与温度有关的数字信号显示出温度值的数字显示器；一个向A/D转换器的信号输入低端提供浮地0电位和基准电压VERF 的转换电路，以便使A/D转换器工作在浮地状态下和实现温度满刻度的调节；一个使恒流源、PN结温度传感器和电压转换电路的供电同A/D转换器隔离的电源隔离电路，以及一个分别向各个电路供电的电源组件。
2.程序设计2.1 Proteus软件设计电路2.1.1恒流源电路设计:为保证整个温度测量范围内PN结的正向电流恒定，PN结的正向偏置采用恒流源驱动。
采用三极管的特性特殊电路，让通过二极管的电流始终在100uA 左右。
2.1.2电桥电路的设计：采用电桥连接方式使放大传感器变化电压的差值。
电桥通过两个电阻和二极管并联构成，从而向放大器正负两端输入电压。
通过理论分析及仿真实验研究选择合适的电桥电路参数。
PN结温度传感器性能的实验研究-毕业设计
PN结温度传感器性能的实验研究学生XX 指导教师：XX内容摘要：本课题通过实验对不同类型的半导体PN结器件进行正向压降与温度特性的测量，获取实验数据，通过整理、分析、比较、综合实验数据，从中比较各器件灵敏度，线性度的优劣，为合理选用PN结温度传感器提供依据。
主要分析了不同型号的二极管的温度特性，同一种型号的3个二极管的温度特性分析，同一种型号二极管在不同的恒定电流下的温度特性和同一个二极管多次测量的温度特性，主要测量型号有2CP11，1N4007型二极管，FG314050型发光二极管，2CW117型二极管，2CN2型二极管以及用来作对照实验的S9014型三极管。
关键词：PN结温度传感器线性度Study for PN junction sensor experimental performance of thetemperatureAbstract: It is used to measure forward voltage drop and temperature characteristic of different type's PN semiconductors in order to obtain the data of experiment. By neatening, analyzing, comparing, synthesizing data, it is a comparison of these component about the strengths and weaknesses of response rate and linearity in order to provide for reason of legitimately choosing PN junction temperature transmitter.The experiment analyses temperature characteristic of different model diodes,the temperature characteristic of the same model for three diodes,the temperature characteristic of the same model diode when it is constant current ,and the several measurements of same model diode about the temperature characteristic. And the major types include 2CP11, 1N4007 diodes, 2CW117 diode , 2CN2 diode and S9014 dynatron which are used for controlling experiment.Keywords: PN junction temperature sensor linearity目录前言.............................................................................................. 错误！未定义书签。
【大学物理实验(含 数据+思考题)】PN结正向电压温度特性研究实验报告
PN 结正向电压温度特性研究一、实验目的（1）了解PN 结正向电压随温度变化的基本规律。
（2）在恒流供电条件下，测绘PN 结正向电压随温度变化的关系图线，并由此确定PN 结的测温灵敏度和被测PN 结材料的禁带宽度。
二、实验仪器PN 结正向特性综合实验仪、DH-SJ5温度传感器实验装置。
三、实验原理1、测量PN 结温度传感器的灵敏度 由半导体理论可知，PN 结的正向电流I F 与正向电压V F 满足以下关系：I F =I n (ⅇqV FkT−1)（1）式（1）中I n 是反向饱和电流，T 是热力学温度，q 是电子的电量。
由于在常温（例如300K ）时，kT/q 约为0.026V ，而PN 结正向电压约为十分之几伏，所以ⅇ^((qV_F)/kT)≫1，故式（1）中括号内的−1项完全可以忽略，于是有： I F =I n ⅇqV F kT（2）其中，I n 是与PN 结材料禁带宽度及温度等有关的系数，满足以下关系：I n =CTγⅇqV g0kT（3）式（3）中C 为与PN 结的结面积、掺杂浓度等有关的常数，k 为玻尔兹曼常数，γ在一定温度范围内也是常数，V g0为热力学温度0K 时PN 结材料的导带底与价带顶的电势差，对于给定的PN 结，V g0是一个定值。
将式（3）代入式（2），两边取对数，整理后可得：V F =V g0−(k q ln C I F )T −kTqln T γ=V 1+V nr （4）其中V 1=V g0−(k q ln CI F)T （5） V n r =−kTqln T γ （6）根据式（4），对于给定的PN 结材料，令PN 结的正向电流I F 恒定不变，则正向电压V F 只随温度变化而变化，由于在温度变化范围不大时，V n r 远小于V 1，故对于给定的PN 结材料，在允许的温度变化范围内，在恒流供电条件下，PN 结的正向电压V F 几乎随温度升高而线性下降，即 V F =V g0−(k q ln CI F)T（7）为了便于实际使用对式（7）进行温标转换，确定正向电压增量∆V [与温度为0℃时的正向电压比较]与用摄氏温度表示的温度之间的关系。
PN结温度传感器测温实验
实验三PN结温度传感器测温实验实验目的：了解PN结温度传感器的特性及工作情况。
所需部件：主、副电源、可调直流稳压电源、-15V稳压电源、差动放大器、电压放大器、F/V 表、加热器、电桥、温度计。
旋钮初始位置：直流稳压电源±6V档，差放增益最小逆时针到底（1倍），电压放大器幅度最大4.5倍。
实验原理：晶体二极管或三极管的PN结电压是随温度变化的。
例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降约2.1mV，利用这种特性可做成各种各样的PN结温度传感器。
它具有线性好、时间常数小（0.2～2秒），灵敏度高等优点，测温范围为-50℃～+150℃。
其不足之处是离散性大互换性较差。
实验步骤：(1)了解PN结，加热器，电桥在实验仪所在的位置及它们的符号。
(2)观察PN结传感器结构、用数字万用表“二级管”档，测量PN结正反向的结电压，得出其结果。
(3)把直流稳压电源V+插口用所配的专用电阻线（51K）与PN结传感器的正向端相连，并按图37接好放大电路，注意各旋钮的初始位置，电压表置2V档。
图三（4）开启主、副电源，调节W1电位器，使电压表指示为零，同时记下此时水银温度计的室温值（△t）。
（5）将-15V接入加热器（-15V在低频振荡器右下角），观察电压表读数的变化，因PN结温度传感器的温度变化灵敏度约为：-2.1mV/℃。
随着温度的升高，其：PN结电压将下降△V，该△V电压经差动放大器隔离传递（增益为1），至电压放大器放大4.5倍，此时的系统灵敏度S≈10mV/℃。
待电压表读数稳定后，即可利用这一结果，将电压值转换成温度值，从而演示出加热器在PN结温度传感器处产生的温度值（△T）。
此时该点的温度为△T+△t。
注意事项：（1）该实验仅作为一个演示性实验。
（2）加热器不要长时间的接入电源，此实验完成后应立即将-15V电源拆去，以免影响梁上的应变片性能。
课后问题：（1）分析一下该测温电路的误差来源。
（2）如要将其作为一个0～100℃的较理想的测温电路，你认为还必须具备哪些条件？（1）将电桥中1 与直流稳压电源中1相连，电桥中2与差动放大器中2相连，电桥中3与差动放大器中3相连；（2）差动放大器中1与PN结中1相连，PN结中1与直流稳压电源1又用51K电阻线相连，PN结中2与直流稳压电源2相连；（3）差动放大器中的4与电压放大器中的4相连，电压放大器中的7接F/V表的Vi孔；（4）当接入-15伏电压接入加热器时，低频振荡器的8与加热6相连，加热5与地相连。
实验41 pn结正向压降温度特性研究(luo)
ΔV 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 ......
t tr
≈100℃
tr ≈ 室温
第二组同学做降温实验（从100℃左右开始）
先将ΔV 值调为0，降温后达到表中第一行各值时记录下对应的温度填入第二行。
ΔV 0 10 20 30 40 50 60 ......
t tr
tr ≈ 100° C
1
一、实验目的
1. 了解PN结正向电压随温度变化的基本规律； 2. 测量恒流条件下PN结正向电压随温度变化的曲
线； 3. 确定PN结的测温灵敏度和被测PN结材料的禁
带宽度。
2
二、实验原理
1.PN结温度传感器的基本方程 在温度为T 时，PN结的正向电压公式可写为
VF = V 1 + Vnγ
其中
V1
Vg(0) = VF (tr ) + (273.2 + tr )S
④按下式进一步算出PN结材料的禁带宽度。
Eg(0) = q[VF (tr ) + (273.2 + tr )S ]
⑤按书上要求对实验结果进行分析比较。
7
数据处理要求
1. 按教材要求处理数据。 2. 用标准的坐标纸作图。 3. 数据处理应该有过程，单位，不能只写出结果. 4. 进行结果讨论。
23
由此可得 ΔV = −S(T − TR ) = −S(t − tR ) T = 273.2 + t 若令 tR = 0° C ，则 ΔV 表示为:
ΔV = −St 摄氏温标下的测温原理公式4
2.PN结材料的禁带宽度 PN结材料的禁带宽度定义为
Eg (0) = qVg (0)
Vg(0) — 热力学温度为0K时，PN结材料的导带底和
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实验三PN结温度传感器测温实验
实验目的：了解PN结温度传感器的特性及工作情况。
所需部件：主、副电源、可调直流稳压电源、-15V稳压电源、差动放大器、电压放大器、F/V 表、加热器、电桥、温度计。
旋钮初始位置：直流稳压电源±6V档，差放增益最小逆时针到底（1倍），电压放大器幅度最大4.5倍。
实验原理：晶体二极管或三极管的PN结电压是随温度变化的。
例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降约2.1mV，利用这种特性可做成各种各样的PN
结温度传感器。
它具有线性好、时间常数小（0.2～2秒），灵敏度高等优点，测
温范围为-50℃～+150℃。
其不足之处是离散性大互换性较差。
实验步骤：(1)了解PN结，加热器，电桥在实验仪所在的位置及它们的符号。
(2)观察PN结传感器结构、用数字万用表“二级管”档，测量PN结正反向的结电
压，得出其结果。
(3)把直流稳压电源V+插口用所配的专用电阻线（51K）与PN结传感器的正向端
相连，并按图37接好放大电路，注意各旋钮的初始位置，电压表置2V档。
图三
（4）开启主、副电源，调节W1电位器，使电压表指示为零，同时记下此时水银温度计的室温
值（△t）。
（5）将-15V接入加热器（-15V在低频振荡器右下角），观察电压表读数的变化，因PN结温度
传感器的温度变化灵敏度约为：-2.1mV/℃。
随着温度的升高，其：PN结电压将下降△V，该
△V电压经差动放大器隔离传递（增益为1），至电压放大器放大4.5倍，此时的系统灵敏度S
≈10mV/℃。
待电压表读数稳定后，即可利用这一结果，将电压值转换成温度值，从而演示出
加热器在PN结温度传感器处产生的温度值（△T）。
此时该点的温度为△T+△t。
注意事项：（1）该实验仅作为一个演示性实验。
（2）加热器不要长时间的接入电源，此实验完成后应立即将-15V电源拆去，以免影响梁上的
应变片性能。
课后问题：（1）分析一下该测温电路的误差来源。
（2）如要将其作为一个0～100℃的较理想的测温电路，你认为还必须具备哪些条件？
（1）将电桥中1 与直流稳压电源中1相连，电桥中2与差动放大器中2相连，电桥中3与差动放大器中3相连；（2）差动放大器中1与PN结中1相连，PN结中1与直流稳压电源1又用51K电阻线相连，PN结中2与直流稳压电源2相连；
（3）差动放大器中的4与电压放大器中的4相连，电压放大器中的7接F/V表的Vi孔；
（4）当接入-15伏电压接入加热器时，低频振荡器的8与加热6相连，加热5与地相连。