实验30PN结温度传感器特性
早在20世纪60年代初，人们就试图用PN结正向压降随温度升高而降低的特性作为测
温元件，由于当时PN结的参数不稳定，始终未能进入实用阶段。随着半导体工艺水平的提
高以及人们不断地探索，到20世纪70年代时，PN结以及在此基础上发展起来的晶体管温
度传感器，已成为一种新的测温技术应用于许多领域了。
常用的温度传感器有温差电偶、测温电阻器和热敏电阻等，这些温度传感器均有各自的
优点，但也有它的不足之处。如温差电偶适用温度范围宽，但灵敏度低、线性差且需要参考
温度；热敏电阻灵敏度高、热响应快、体积小，缺点是非线性，这对于仪表的校准和控制系
统的调节均感不便；测温电阻器如铂电阻虽有精度高、线性好的长处，但灵敏度低且价格昂
贵。而PN结温度传感器具有灵敏度高、线性好、热响应快和轻巧等特点，在温度测量数字
化、温度控制以及用微机进行温度实时信号处理等方面，乃是其他温度传感器所不能相比的。
目前结型温度传感器主要以硅为材料，原因是硅材料易于实现功能化，即将测温单元和恒流、
放大等电路组合成一块集成电路。美国Motorola公司在1979年就开始生产测温晶体管及其
组件。如今灵敏度高达100mV/℃、分辨率不低于0.1℃的硅集成电路温度传感器也已问世。
但是以硅为材料的这类温度传感器也不是尽善尽美的，在非线性不超过标准值的0.5％的条
件下，其工作温度一般为-50℃～150℃，与其他温度传感器相比，测温范围的局限性较大。
【预习重点】
（1）PN结温度传感器原理。
（2）改善PN结温度传感器线性度的基本方法。
【实验目的】
（1）了解PN结温度传感器的应用
（2）理解PN结温度传感器的测量原理
（3）掌握TH-J型PN结特性仪的使用方法
【实验仪器】
TH-J型PN结～T特性测试仪、广口杜瓦瓶、冰块。
U
F
【实验原理】
1）PN结的温度特性
理想PN结的正向电流和正向压降存在如下近似关系：
FF
?eUF?
IFISexp??（30-1）
?kT?
其中：为电子电荷；为玻尔兹曼常数；为绝对温度；为反向饱和电流。是一个和PN
SS
()(0)以及温度等有关的系数，可以证明
结材料的禁带宽度E0=eUs
ISCTγexp???eUS(0)??（30-2）
?kT?
式中：、γ是与结面积、掺杂浓度有关的常数；(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（30-2）代入式（30-1），且两边取对数可得
?kC?kT
UU????γ+
FS(0)lnTlnTU1Un1（30-3）
?eI?e