一种物理教学用PN结特性研究实验装置的制作方法

一种物理教学用pn结特性研究实验装置
技术领域
1.本实用新型涉及物理教学技术领域，尤其涉及一种物理教学用pn结特性研究实验装置。


背景技术：

2.pn结温度传感器具有灵敏度高、线性较好、热响应快、体小轻巧、易于实现集成化等优点，其应用日益广泛。目前高校常通过研究pn结扩散电流与电压关系使同学深入了解pn结的物理特性及实际应用，现高校使用fb302a型pn结特性和玻尔兹曼常数测定实验仪，且测试仪由恒流源、基准电压、测量显示和pid智能温度控制器等部分组成。实验探求同一温度下正向电压随正向电流的变化关系及伏安特性曲线；在不同温度下测量玻尔兹曼 常数；以及在恒定正向电流条件下测绘pn结正向压降随温度的变化曲线，计算灵敏度，估算被测pn结材料的禁带宽度。
3.目前所使用的演示仪器的不足之处在于实验时，pn结升温方式采用固体加热，受热较不均匀；需要降温时仅可通过小风扇进行强制散热，散热速度慢，浪费大量时间，易导致学生研究重心发生偏离；现有的装置所采用的控温阱为金属封装结构，学生无法直观观察装置内部结构，不利于学生对实验原理的深入理解；因此，亟需设计一种物理教学用pn结特性研究实验装置来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的实验时，pn结升温方式采用固体加热，受热较不均匀；需要降温时仅可通过小风扇进行强制散热，散热速度慢，浪费大量时间，易导致学生研究重心发生偏离；现有的装置所采用的控温阱为金属封装结构，学生无法直观观察装置内部结构，不利于学生对实验原理的深入理解缺点，而提出的一种物理教学用pn结特性研究实验装置。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种物理教学用pn结特性研究实验装置，包括透明亚克力控温阱底座，所述透明亚克力控温阱底座的上侧设置有透明亚克力控温阱外壳，所述透明亚克力控温阱外壳的内部设置有温度传感器，所述透明亚克力控温阱外壳的内部填充有甘油，所述甘油的内部设置有加热棒和待测pn结，所述透明亚克力控温阱外壳的下侧设置有tec半导体制冷片，所述tec半导体制冷片的下侧设置有半导体制冷片专用水冷头，所述透明亚克力控温阱底座的内侧对应半导体制冷片专用水冷头的位置设置有散热机构。
6.上述技术方案的关键构思在于：换用甘油进行加热，加热棒置于甘油中加热，使用tec半导体制冷片代替小风扇用以散热降温，可使待测pn结快速降温，将tec半导体制冷片的吸热面朝上，放热面朝下，搭配半导体制冷片专用水冷头进行散热，加热均匀、散热较快、效率较高、构造透明、结果直观、使用方便、内容丰富。
7.进一步的，所述tec半导体制冷片的上表面为吸热面，而tec半导体制冷片的下表
面为放热面，所述半导体制冷片专用水冷头的位置与tec半导体制冷片的放热面位置对应。
8.进一步的，所述散热机构包括散热管，所述散热管安装在透明亚克力控温阱底座的内部，所述散热管的一端设置有水泵，所述半导体制冷片专用水冷头的两端设置有进液口和出液口，且进液口与水泵的出水口连接，所述出液口与散热管的进水口连接。
9.进一步的，所述散热机构还包括固定安装在透明亚克力控温阱底座内侧的散热风扇和安装在透明亚克力控温阱底座外侧的防尘网，且防尘网的位置与散热风扇的位置对应，所述散热风扇的位置与散热管的位置对应。
10.进一步的，所述散热管包括散热铜管，所述散热铜管的外表面设置有散热翅片，所述散热铜管的一端与水泵的进水口连接，所述散热铜管的另一端与出液口连接。
11.进一步的，所述透明亚克力控温阱外壳和透明亚克力控温阱底座均为两层亚克力板结构，且两层亚克力板结构之间预留三厘米空间。
12.本实用新型的有益效果为：
13.1.本实用新型具备加热均匀、降温较快、效率较高、装置透明等优点，解决了现在的pn结特性研究测定仪受热不均匀、降温慢、精确度低、内部结构不可视、实验内容单一的问题。
14.2.通过设置的散热机构，通过不断通水散热以达到快速降温的目的，节省大量时间，有利于同学们将研究重心放在实验原理与本质，有利于实验数据误差较大的学生重新实验，也节省了下一组学生开始实验的等待时间，有利于高效演示pn结特性的相关实验。
15.3.通过设置的透明亚克力控温阱外壳和透明亚克力控温阱底座进行实验装置透明化，现有的装置所采用的控温阱为金属封装结构，本实用新型采用透明亚克力厚板，在满足安全的基础上，可以清晰的看到装置内部结构，即实验装置透明化，积木化，授课中可直观地向学生介绍装置内部构造，充分调动学生的积极性。
附图说明
16.图1为本实用新型提出的一种物理教学用pn结特性研究实验装置的结构示意图；
17.图2为本实用新型提出的一种物理教学用pn结特性研究实验装置的散热机构结构示意图；
18.图3为本实用新型提出的一种物理教学用pn结特性研究实验装置的散热管结构示意图；
19.图4为本实用新型提出的一种物理教学用pn结特性研究实验装置的半导体制冷片专用水冷头结构示意图
20.图5为本实用新型提出的一种物理教学用pn结特性研究实验装置的电路示意图；
21.图6为本实用新型提出的一种物理教学用pn结特性研究实验装置的制冷片和加热棒的工作由温控开关控制示意图。
22.图中：1待测pn结、2加热棒、3甘油、4透明亚克力控温阱外壳、5温度传感器、6tec半导体制冷片、7透明亚克力控温阱底座、8散热机构、9半导体制冷片专用水冷头、10水泵、11散热管、12散热风扇、13防尘网、14进液口、15出液口、16散热铜管、17散热翅片。
具体实施方式
23.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
25.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
26.请同时参见图1至图6，一种物理教学用pn结特性研究实验装置，包括透明亚克力控温阱底座7，透明亚克力控温阱底座7的上侧设置有透明亚克力控温阱外壳4，透明亚克力控温阱外壳4的内部设置有温度传感器5，透明亚克力控温阱外壳4的内部填充有甘油3，甘油3的内部设置有加热棒2和待测pn结1，透明亚克力控温阱外壳4的下侧设置有tec半导体制冷片6，tec半导体制冷片6的下侧设置有半导体制冷片专用水冷头9，透明亚克力控温阱底座7的内侧对应半导体制冷片专用水冷头9的位置设置有散热机构8，将加热棒2置于甘油3中进行加热，可使待测pn结1升温时受热更均匀，实现对加热过程的改进；使用tec半导体制冷片6代替小风扇用以散热降温，可使待测pn结1快速降温，将tec半导体制冷片6的吸热面朝上，放热面朝下，搭配半导体制冷片专用水冷头9进行散热。
27.从上述描述可知，本实用新型具有以下有益效果：具备加热均匀、降温较快、效率较高、装置透明等优点，解决了现在的pn结特性研究测定仪受热不均匀、降温慢、精确度低、内部结构不可视、实验内容单一等问题。
28.进一步的，tec半导体制冷片6的上表面为吸热面，而tec半导体制冷片6的下表面为放热面，半导体制冷片专用水冷头9的位置与tec半导体制冷片6的放热面位置对应。
29.进一步的，散热机构8包括散热管11，散热管11安装在透明亚克力控温阱底座7的内部，散热管11的一端设置有水泵10，半导体制冷片专用水冷头9的两端设置有进液口14和出液口15，且进液口14与水泵10的出水口连接，出液口15与散热管11的进水口连接。
30.进一步的，散热机构8还包括固定安装在透明亚克力控温阱底座7内侧的散热风扇12和安装在透明亚克力控温阱底座7外侧的防尘网13，且防尘网13的位置与散热风扇12的位置对应，散热风扇12的位置与散热管11的位置对应。
31.进一步的，散热管11包括散热铜管16，散热铜管16的外表面设置有散热翅片17，散热铜管16的一端与水泵10的进水口连接，散热铜管16的另一端与出液口15连接。
32.进一步的，透明亚克力控温阱外壳4和透明亚克力控温阱底座7均为两层亚克力板结构，且两层亚克力板结构之间预留三厘米空间，亚克力材质具有很高的透明度，较高的表面硬度，较好的高温性能，且价格低廉；在满足安全的基础上，可以清晰的看到装置内部结
构，即实现实验装置透明化，积木化，各个部分组合而成，可拆卸、多功能，使装置内部结构更加清晰。
33.采用上述的散热机构8，通过不断通水散热以达到快速降温的目的，节省大量时间，有利于同学们将研究重心放在实验原理与本质，有利于实验数据误差较大的学生重新实验，也节省了下一组学生开始实验的等待时间，有利于高效演示pn结特性的相关实验。
34.采用上述的透明亚克力控温阱外壳4和透明亚克力控温阱底座7进行实验装置透明化，现有的装置所采用的控温阱为金属封装结构，本实用新型采用透明亚克力厚板，在满足安全的基础上，可以清晰的看到装置内部结构，即实验装置透明化，积木化，授课中可直观地向学生介绍装置内部构造，充分调动学生的积极性。
35.以下再列举出几个优选实施例或应用实施例，以帮助本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术内容以及本实用新型相对于现有技术所做出的技术贡献：
36.实施例1
37.一种物理教学用pn结特性研究实验装置，包括透明亚克力控温阱底座7，透明亚克力控温阱底座7的上侧设置有透明亚克力控温阱外壳4，透明亚克力控温阱外壳4的内部设置有温度传感器5，透明亚克力控温阱外壳4的内部填充有甘油3，甘油3的内部设置有加热棒2和待测pn结1，透明亚克力控温阱底座7的内侧设置有半导体制冷片专用水冷头9，半导体制冷片专用水冷头9的上侧设置有tec半导体制冷片6，透明亚克力控温阱底座7的内侧对应半导体制冷片专用水冷头9的位置设置有散热机构8，将加热棒2置于甘油3中进行加热，可使待测pn结1升温时受热更均匀，实现对加热过程的改进；使用tec半导体制冷片6代替小风扇用以散热降温，可使待测pn结1快速降温，将tec半导体制冷片6的吸热面朝上，放热面朝下，搭配半导体制冷片专用水冷头9进行散热。
38.其中，tec半导体制冷片6的上表面为吸热面，而tec半导体制冷片6的下表面为放热面，散热机构8设置在透明亚克力控温阱底座7内侧的位置与tec半导体制冷片6的放热面位置对应，散热机构8包括散热管11，散热管11安装在透明亚克力控温阱底座7的内部，散热管11的一端设置有水泵10，半导体制冷片专用水冷头9的两端设置有进液口14和出液口15，且进液口14与水泵10的出水口连接，出液口15与散热管11的进水口连接，散热机构8还包括固定安装在透明亚克力控温阱底座7内侧的散热风扇12和安装在透明亚克力控温阱底座7外侧的防尘网13，且防尘网13的位置与散热风扇12的位置对应，散热风扇12的位置与散热管11的位置对应，散热管11包括散热铜管16，散热铜管16的外表面设置有散热翅片17，散热铜管16的一端与水泵10的进水口连接，散热铜管16的另一端与出液口15连接，透明亚克力控温阱外壳4和透明亚克力控温阱底座7均为两层亚克力板结构，且两层亚克力板结构之间预留三厘米空间，亚克力材质具有很高的透明度，较高的表面硬度，较好的高温性能，且价格低廉；在满足安全的基础上，可以清晰的看到装置内部结构，即实现实验装置透明化，积木化，各个部分组合而成，可拆卸、多功能，使装置内部结构更加清晰。
39.工作原理：在透明亚克力控温阱外壳4中换用甘油3进行加热，将加热棒2置于甘油3中进行加热，可使待测pn结1升温时受热更均匀，实现对加热过程的改进；使用tec半导体制冷片6代替小风扇用以散热降温，可使待测pn结1快速降温，将tec半导体制冷片6的吸热面朝上，放热面朝下，搭配半导体制冷片专用水冷头9进行散热，半导体制冷片专用水冷头9有两个口进液口14和出液口15，利用水泵10实现水循环，不断通水散热以达到快速降温的
目的，节省大量时间，有利于同学们将研究重心放在实验原理与本质，有利于实验数据误差较大的学生重新实验，也节省了下一组学生开始实验的等待时间，有利于高效演示pn结特性的相关实验；且实验装置透明化，现有的装置所采用的控温阱为金属封装结构，本实用新型的透明亚克力控温阱外壳4和透明亚克力控温阱底座7采用透明亚克力厚板，在满足安全的基础上，可以清晰的看到装置内部结构，即实验装置透明化，积木化，授课中可直观地向学生介绍装置内部构造，充分调动学生的积极性。
40.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。