电桥测电阻及pn结正向电压温度特性的研究

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1、电桥测电阻及PN结正向电压温度特性的研究电桥法是测量电阻的常用方法，利用桥式电路制成的各种电桥是用比较法进行测量的仪器。电桥法实质上是将被测电阻与标准电阻进行比较来确定被测电阻值的。电桥法具有测试灵敏、准确度高、使用方便等特点，已被广泛地应用于电工技术和非电量电测中。一用电桥测电阻一、实验目的１学习用惠斯通电桥测量中值电阻的原理和方法；２了解电阻温度计的原理；３学习用线性拟合法或图解法处理实验数据，求出金属导体的电阻温度系数；二、仪器和用具ＱＪ２４型直流单臂电桥，固定电阻元件板，NKJ-B型组合式热学实验仪，万用电表，导线等；三

2、、实验原理１电桥平衡原理电桥法测电阻是将待测电阻和标准电阻进行比较来确定其值的。由于标准电阻本身误差非常小，因此，电桥法测电阻可以达到很高的准确度。惠斯通电桥的原理如图1所示。图中的标准电阻Ra、Rb、R及待测电阻Rx构成四边形，每一边称作电桥的一个“臂”。对角点Ａ、Ｃ与Ｂ、Ｄ分别接电源Ｅ支路和检流计Ｇ支路。所谓“桥”就是指ＢＤ这条对角线而言，而检流计在这里的作用是将“桥”的两个端点Ｂ、Ｄ的电势直接进行比较。当接通电桥电源开关Ｂ0和开关Ｇ2时，检流计中就有电流流过，但当调节4个桥臂电阻到适当值时，检流计中就无电流通过，这时称为“电桥平衡”。于是

3、，Ｂ、Ｄ两点的电势相等，亦即流过电阻Ra和R的电流一样，设电流为i1；流过Rb和Rx的电流也一样，设为i2。从而有如下关系式：UAD?UAB即i1Ra?i2Rb(1)UDC?UBC即i1R?i2Rx(2)将式（１）除以式（２）得RaRb?（3）RRx式（３）就是电桥的平衡条件。它说明电桥平衡时，电桥的4个桥臂成比例。因此，待测电阻Ｒx的阻值为CRbRx??R（４）Ra式中Rb/Ra称作比率。这样，就把待测电阻的阻值用3个标准电阻的阻值表示出来。可见，电桥的平衡与通过电阻的电流大小无关。图1惠斯通电桥原理图2单臂电桥的测量误差

4、1单臂电桥在规定的使用条件下，如0.1级电桥，温度为20±5℃，相对湿度为40%～70%，电源电压偏离额定值不大于10%，绝缘电阻符合要求等，电桥的允许基本误差为Elim??R/R?Ra(Rx?baN)(5)10010式中a为准确度等级指数，QJ24型电桥a=0.1，RN为基准值，教学实验可简化取为5000。物理实验可不考虑实验条件偏离使用条件所附加的误差，通常可把Elim的绝对值作为测量结果的仪器误差。3金属导体的电阻与温度的关系一般用纯金属制成的电阻，其阻值都有规则地随着温度的升高而增大，它们有以下关系Rt?R0(1??t??t2??)(

5、6)式中，Rt为金属在温度t℃时的电阻值，R0为金属在0℃时的电阻值，?、?是与金属材料有关的常数。对于纯金属，平方以上的项常数很小，一般可以忽略不计，且在温度不太高的情况下，金属电阻值与温度的关系是近似线性关系，于是式（6）可简化为Rt?R0(1??t)(7)式中?称为电阻温度系数，其物理意义表示所论金属的温度相对0℃升高1℃时，其电阻对于R0的相对变化量。?与金属材料及其纯度有关。根据式（7），只要测出一组不同温度t℃时的金属电阻Rt的值，作出RT～t图，根据作图所得直线的斜率和截距，便可求得被测金属材料的电阻温度系数?，及温度为0℃时的电阻

6、值Ｒ0。四、实验装置及内容1惠斯通电桥测电阻本实验用QJ24型直流单臂电桥来测量电阻，其测量原理图和面板图如图2和图3所示。现结合面板图将它的使用方法介绍如下：图2ＱＪ２４型电桥测量电阻原理图图3ＱＪ２４型电桥面板图(１)将待测电阻Rx接在仪器面板上的x1和x2之间。(２)电阻Ｒ实际是由4个可变电阻器串联而成。面板图中右上侧虚线框内的4个转盘就是调节Ｒ的“转盘电阻箱”。(３)面板图左上角的转盘为比率转盘，它的指示值表示比率Rb的值，Rb和Ra称为比率臂。Ra2了读数方便，在制作时将比率转盘做成0.001、0.01、0.1、1、10、100

7、、1000等7档。(４)检流计在面板图的左下方，接通K，左右旋转W来调节指针的“零点”。(５)面板图中K为放大器电源开关，G为外接检流计端钮，B0为电桥的电源开关，按下为接通，放开为不通。Ｇ0为检流计的粗、细开关，Ｇ1为检流计的接通、短路开关，也作外接检流计的开关，指向“短”为外接。W为检流计电气调零电位器。测量时，为了保护检流计，K开关接通后，将Ｇ1拨到“通”，Ｇ0拨到“粗”或“细”(一般测量10KΩ以上电阻使用“细”)，然后按下B0，B0按钮开关不要一直按下，应断续使用。实验步骤１练习惠斯通电桥的使用，测量固定值电阻（１）用万用电表的欧

8、姆档粗测电阻Ｒx的大概数值。（２）根据Ｒx的数值，选择恰当的比率Rb，为了保证测量数据有4