半导体热敏电阻特性的研究.doc

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1、实验半导体热敏电阻特性的研究实验目的1.研究热敏电阻的温度特性。2.进一步掌握惠斯通电桥的原理和应用。实验仪器箱式惠斯通电桥，控温仪，热敏电阻，肓流电稳压电源等。实验原理半导体材料做成的热敏电阻是对温度变化表现出非常敏感的电阻元件，它能测量岀温度的微小变化，并且体积小，T作稳定，结构简单。因此，它在测温技术、无线电技术、自动化和遥控等方面都有广泛的应用。半导体热敏电阻的基木特性是它的温度特性，而这种特性又是与半导体材料的导电机制密切相关的。由于半导体屮的载流了数目随温度升高而按指数规律迅速增加。温度越高，载流了的数目越多，导电能力越强，电阻率也就越小。因此热敏电阻随

2、着温度的升高，它的电阻将按指数规律迅速减小。实验表明，在一定温度范围内，半导体材料的电阻尺卩和绝对温度T的关系可表示为Rt=aeb/T(4-6-1)其屮常数d不仅与半导体材料的性质而且与它的尺寸均有关系，而常数b仅与材料的性质有关。常数心方可通过实验方法测得。例如，在温度乃时测得其电阻为尺“R=c』T八门u匕(4-6-2)在温度门时测得其阻值为尺允Rt2=。州2(4-6-3)将以上两式相除，消去d得再取对数，有_m尺八一InRt?(4—6—4)把由此得岀的b代入(4—6—2)或(4-6-3)式中，又可算出常数°,由这种方法确定的常数d和方误差较大，为减少误差,常利

3、用多个T和*的纟H.合测量值，通过作图的方法(或用冋归法最好)来确定常数d、b,为此取(4-6-1)式两边的对数。变换成直线方程:InRt=Inq+—(4—6—5)7T或写作Y=A-^-BX(4-6-6)=Rr,A=a,B=b,X=/T,然后取X、Y分别为横、纵坐标，对不同的温度T测得对应的心值，经过变换后作X〜Y曲线，它应当是一条截距为A、斜率为B的直线。根据斜率求出b,又由截距可求出a=几确定了半导体材料的常数a和b后，便可计算出这种材料的激活能E=bK(K为玻耳兹曼常数，其值见附录)以及它的电阻温度系数a=丄^~=—2x100%(4—6—7)RtdT

4、T2显然，半导体热敏电阻的温度系数是负的，并与温度冇关。热敏电阻在不同温度时的电阻值,实验内容川电桥法测量半导体热敏电阻的温度特性。1.按图4一6—1实验装置接好电路，安置好仪器。2.在容器内盛入水，开启宜流电源开关，在电热丝屮通以2.5A-3.0A的电流，对水加热，使水温逐渐上升,温度由水银温度计读出。热敏电阻的两条引出线连接到惠斯通电桥的待测电阻心二接线柱上。3•测试的温度从20°C开始，毎增加5°C,作一次测量，直到85°C止。数据处理把实验测星数据填入下表屮可用惠斯通电桥测得。-水银温度计直流电源患斯通电桥O0温度(度)升温读数倍率降温读数倍率Ro均值1/T

5、InR-rT=20T=25T=30T=35T=40T=45图4—6—1T=50T=55T=60T=65T=70T=75T=80T=852.作心〜r曲线。3.作Rr-l/T（T=273+r）直线，求此玄线的斜率3和截距A,由此算出常数a和b值，有条件者，最好用回归法代替作图法求常数“和b值。4.根据求得的心b值，计算出半导体热敏电阻温度系数-思考题1•半导体热敏电阻具有怎样的温度特性？2.怎样用实验的方法确定（4-6-1）式中的“、b22.利用半导体热敏电阻的温度特性，能否制作一只温度计？掌握惠斯通电桥的原理：惠斯通电桥（也称单臂电桥）的电路如图6—2所示，四个电

6、阻/?］、&、心、心组成一个四边形的冋路，每一边称作电桥的“桥臂”，在一对对角ADZ间接入电源，而在另一对角BC2.间接入检流计，构成所谓“桥路”。所谓“桥”木身的意思就是指这条对角线BC而言。它的作用就是把“桥”的两端点联系起来，从而将这两点的电位玄接进行比较。3、C两点的电位相等时称作电桥平衡。反Z,称作电桥不平衡。检流计是为了检杳电桥是否平衡而设的，平衡时检流计无电流通过。用于指示电桥平衡的仪器，除了检流计外，还有其它仪表，它们称为“示零器”。当电桥平衡时，B和C两点的电位相等，故有=^CD由于平衡时U=0,所以3、cikl相当于断路，故有所以IbRb=【2只

7、2可得或RRb=R?Rx来。因此R、Rb=R】Rx称为电桥平衡条件。如果在四个电阻中的三个电阻值是已知的，即可利用R}Rb=R2Rx式求岀另一个电图6-3这个关系式是由“电桥平衡”推出的结论。反Z,也可以由这个关系式推证出“电桥平衡”阻的阻值。这就是丿应用惠斯通电桥测量电阻的原理。上述用惠斯通电桥测量电阻的方法，也体现了一般桥式线路的特点，现在重点说明它的几个主要优点：（1）平衡电桥采用了示零法——根据示零器的“零”或“非零”的指标,即可判断电桥是否平衡而不涉及数值的大小。因此，只须示零器足够灵敏就可以使电桥达到很高灵敛度，从而为提高它的测量精度提供了条件。（