半导体热敏电阻的特性研究.ppt
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,【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。,【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。,【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,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。,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,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=A1 l/s,热敏电阻温度系数的定义式为：,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。,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。,2直流电桥电路原理,R1、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。,Kr为倍率，R3为比较电阻。Rx为待测电阻（RT）。,【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,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,【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。,长线,长线,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,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）,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=0.55，记录此值）,4.把电桥的工作电压调节到E=23V。,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。,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,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=,【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。,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。,选择合适的倍率Kr=R1/R2（Kr=0.55）,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,正温度系数（PTC）热敏电阻的 温度特性RT t 参考曲线,负温度系数（NTC）热敏电阻的 温度特性RT t 参考曲线,【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,【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？,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？,
