半导体热敏电阻的特性研究

半导体热敏电阻 的特性研究 大学物理实验 主讲教师：李明非 吉林建筑工程学院城建学院 半导体热敏电阻的特性研究 【 实验简介 】 热敏电阻是一种电阻值随其温度变化而显 著变化的电阻 ，大多由金属氧化物半导体材料制 成，或由单晶半导体、玻璃和塑料制成的。由于 热敏电阻具有体积小、结构简单、灵敏度高、稳 定性好、可实现远程测量和控制等优点，所以广 泛应用于测温、控温、温度补偿、报警等领域。 热敏电阻分为负温度系数（ NTC）热敏电阻、正 温度系数（ PTC）热敏电阻和开关型热敏电阻， 前两者电阻率随温度的变化一般是指数规律。 半导体热敏电阻的特性研究 【 实验目的 】 1巩固和复习用电桥测量电阻的方法； 2. 学习如何用电桥测量热敏电阻的温度特性； 3了解电桥在非电量测量中的应用。 半导体热敏电阻的特性研究 【 实验原理 】 1热敏电阻温度特性原理 实验表明在一定温度范围内，半导体的电阻率 和绝对温度 T （单位 K）之间的关系为 TBeA / 1 式中 A1与 B对于同一种半导体材料为常量，其数值 与材料的物理性质有关。 半导体热敏电阻的特性研究 对于截面均匀的热敏电阻，其电阻值 RT可以根 据电阻定律写为 TBTB T Aes leA s lR / 1 式中 l 为两电极间距离， s为热敏电阻的横截面。 对某一特定电阻而言， A与 B均为常数，用实验 方法可以测定。 为了便于数据处理，将上式两边取 对数，则有 A T BR T ln1ln A=A1 l/s Y X 半导体热敏电阻的特性研究 热敏电阻温度系数的定义式为 ： 2 1 T B dT dR R T T 不仅与材料常数有关，还与温度有关，低温段 比高温段更灵敏。 TB T AeR / A T BR T ln1ln 以 1/T 为横坐标，以 ln RT 为纵坐标作图，则 得到的图线应为直线，其斜率为 B，截距为 lnA。 半导体热敏电阻的特性研究 2直流电桥电路原理 G A B C D R1 R2 Rx R3 I1 I2 E K k1 k2 R b R 1、 R2、 R3和 Rx 连成四边形，称为电 桥的四臂。 G 为检流 计， Rb 为保护电阻， K2 为保护开关。当 C、 D之间的电位相等时，桥路中的电流 Ig 等于零， 检流计 G的指针指零，此时电桥处于平衡状态。 33 2 1 321 2211 RKR R RR RIRI RIRI rx x Kr为倍率， R3为比较电阻。 Rx为待测电阻（ RT）。 半导体热敏电阻的特性研究 【 实验仪器 】 FB203A型半导体热敏电阻特性研究试验仪（电源、 检流、控温、测温） 1台 FB203A型半导体热敏电阻特性研究试验仪（自组 惠斯登电桥电阻箱） 1台 正（或负）温度系数（ PTC或 NTC）热敏电阻 1 付 专用连接线若干 半导体热敏电阻的特性研究 惠斯登电桥电阻箱 半导体热敏电阻 特性研究试验仪 电源 检流 控温 测温 热敏电阻 半导体热敏电阻的特性研究 【 实验内容与步骤 】 1. 利用实验 装置提供的元 器件，按图自 行组装惠斯登 电桥。 半导体热敏电阻的特性研究 长线 长线 半导体热敏电阻的特性研究 2. 把热敏电 阻传感器插入 加热井中，测 量时把选中的 热敏电阻的引 线接到电桥中 （ Rx）。 每人只测量一付 半导体热敏电阻的特性研究 3. 根据不同的温度，估计正、负温度系数热敏 电阻的阻值范围（ 见下表或后面的参考曲线 ） 30 90 PTC正 温度系数热敏电阻 356 1113 NTC负温度系数热敏电阻 2599 376 把比较电阻 R3预先调节到适当的阻值 选择合适的倍率 Kr = R1/R2 （一般取 Kr=0.5 5，记录此值） 半导体热敏电阻的特性研究 半导体热敏电阻的特性研究 4. 把电桥的工作电 压调节到 E = 23V。 半导体热敏电阻的特性研究 5. 使用电子式 温度指示调节仪， 设置加热井的温度 t（ 最高 99.9 ）， “ 加热选择 ”为 16V慢加热，“ 加 热选择 ”为 24V 快加热，风扇可对 加热井散热降温。 半导体热敏电阻的特性研究 6. 先把捡流计 G电 路的保护开关 k2打向 下， k1打向上，打开 电源开关 K，调节比 较电阻 R3进行粗调， 待电桥平衡后，再把 保护开关 k2打向上， 仔细调节比较电阻 R3， 使捡流计 G的指针指 零，记录比较电阻 R3 的阻值。 粗调 细调 半导体热敏电阻的特性研究 7. 测量正（或负）温度系数（ PTC或 NTC）热 敏电阻的温度特性，从 30 升到 90 ，每隔 5 测 一个数据，并记录在下表内，画出温度特性 RT t 曲线和 ln RT 1/T曲线，求出 RT 表达式（即 A、 B 值）。 表 1 （ PTC或 NTC）数据记录 室温 Kr = 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t( ) 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 T(K) 1/T R3 Rx=RT lnRT 半导体热敏电阻的特性研究 【 注意事项 】 1.使用电桥时，应避免将 R1、 R2、 R3同时调到零 值附近测量，这样可能会出现较大的工作电流， 测量精度也会下降。 2.电桥的工作电压一般不要超过 3V，否则通过热 敏电阻的电流过大，可能损坏热敏电阻。 3. 热敏电阻作为测量温度的敏感元件时，必须要 求它的电阻值只随环境温度而变化，与通过的电 流无关。因此，流经热敏电阻的电流一般选取其 伏安特性曲线的线性部分的五分之一；同时流过 的电流越小越好。 半导体热敏电阻的特性研究 4. 测量时，密切注视检流计 G，若指针迅速偏转， 说明通过 G的电流很大，应迅速断开 k1，以免烧坏 检流计。 5. 注意绝对温度 T 与摄氏温度 t 的关系。 半导体热敏电阻的特性研究 选择合适的倍率 Kr = R1/R2（ Kr=0.5 5） 调节 R3到适当的阻值 k1、 k2打向下 加热选择“断” 打开仪器电源开关 记录 R3 调节工作电压 E = 23V 设置温度 t、加温 粗调 R3， G指零 细调 R3， G指零 组装惠斯登电桥 实 验 流 程 图 半导体热敏电阻的特性研究 200 400 600 800 1000 1200 1400 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 t / R T / 正温度系数（ PTC）热敏电阻的 温度特性 RT t 参考 曲线 半导体热敏电阻的特性研究 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 t / R T / 负温度系数（ NTC）热敏电阻的 温度特性 RT t 参考 曲线 半导体热敏电阻的特性研究 【 实验报告的要求 】 1实验名称 2实验仪器 3实验目的 4实验原理及所采用的实验方法 5实验内容 6数据处理 半导体热敏电阻的特性研究 【 预习抽查问题与思考题 】 1. 实验的目的是什么？ 2. 为什么用电桥测电阻一般比伏安法测量的准 确度高？ 3. 在测量半导体热敏电阻时，当桥路达到平衡 后，撤去电源，对电路会有什么影响？（电流 计是否偏转）为什么？ 4. NTC半导体热敏电阻与普通电阻比较，具有 什么特点？ 5. 如何减小温度不稳定对测量的影响？ 半导体热敏电阻的特性研究 6. 半导体热敏电阻具有怎样的温度特性？ 7. 利用半导体热敏电阻的温度特性，能否制作 一只温度计？ 8. 本实验要求用作图法处理数据，请考虑一下 用哪一个量作为横轴的自变量？哪一个量作为 纵轴的因变量？得到的曲线是什么形状