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1、半導(dǎo)體熱敏電阻的特性研究,大學(xué)物理實驗,主講教師：李明非,吉林建筑工程學(xué)院城建學(xué)院,【實驗簡介】,熱敏電阻是一種電阻值隨其溫度變化而顯著變化的電阻，大多由金屬氧化物半導(dǎo)體材料制成，或由單晶半導(dǎo)體、玻璃和塑料制成的。由于熱敏電阻具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好、可實現(xiàn)遠程測量和控制等優(yōu)點，所以廣泛應(yīng)用于測溫、控溫、溫度補償、報警等領(lǐng)域。熱敏電阻分為負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻、正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻和開關(guān)型熱敏電阻，前兩者電阻率隨溫度的變化一般是指數(shù)規(guī)律。,【實驗?zāi)康摹?1鞏固和復(fù)習(xí)用電橋測量電阻的方法； 2. 學(xué)習(xí)如何用電橋測量熱敏電阻的溫度特性； 3了解電橋在非電量測量中的應(yīng)用

2、。,【實驗原理】,1熱敏電阻溫度特性原理,實驗表明在一定溫度范圍內(nèi)，半導(dǎo)體的電阻率和絕對溫度 T （單位K）之間的關(guān)系為,,式中A1與B對于同一種半導(dǎo)體材料為常量，其數(shù)值與材料的物理性質(zhì)有關(guān)。,對于截面均勻的熱敏電阻，其電阻值RT可以根據(jù)電阻定律寫為,,式中l(wèi) 為兩電極間距離，s為熱敏電阻的橫截面。 對某一特定電阻而言，A與B均為常數(shù)，用實驗方法可以測定。為了便于數(shù)據(jù)處理，將上式兩邊取對數(shù)，則有,,,A=A1 l/s,熱敏電阻溫度系數(shù)的定義式為 ：,不僅與材料常數(shù)有關(guān)，還與溫度有關(guān)，低溫段比高溫段更靈敏。,以1/T 為橫坐標(biāo)，以ln RT 為縱坐標(biāo)作圖，則得到的圖線應(yīng)為直線，其斜率為B，截

3、距為lnA。,,,,2直流電橋電路原理,R1、R2、R3和Rx 連成四邊形，稱為電 橋的四臂。G 為檢流 計，Rb 為保護電阻， K2 為保護開關(guān)。當(dāng)C、 D之間的電位相等時，橋路中的電流 Ig 等于零，檢流計G的指針指零，此時電橋處于平衡狀態(tài)。,Kr為倍率，R3為比較電阻。Rx為待測電阻（RT）。,,【實驗儀器】,FB203A型半導(dǎo)體熱敏電阻特性研究試驗儀（電源、檢流、控溫、測溫）1臺 FB203A型半導(dǎo)體熱敏電阻特性研究試驗儀（自組惠斯登電橋電阻箱）1臺 正（或負）溫度系數(shù)（PTC或NTC）熱敏電阻1付 專用連接線若干,,,惠斯登電橋電阻箱,半導(dǎo)體熱敏電阻 特性研究試驗儀 電源 檢流 控溫

4、 測溫,熱敏電阻,【實驗內(nèi)容與步驟】,1. 利用實驗裝置提供的元器件，按圖自行組裝惠斯登電橋。,長線,長線,2. 把熱敏電阻傳感器插入加熱井中，測量時把選中的熱敏電阻的引線接到電橋中（Rx）。,每人只測量一付,3. 根據(jù)不同的溫度，估計正、負溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值范圍（見下表或后面的參考曲線）,,把比較電阻R3預(yù)先調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)淖柚?選擇合適的倍率Kr = R1/R2 （一般取 Kr=0.55，記錄此值）,,,,4. 把電橋的工作電壓調(diào)節(jié)到E = 23V。,,5. 使用電子式溫度指示調(diào)節(jié)儀，設(shè)置加熱井的溫度t（最高99.9），“加熱選擇”為16V慢加熱，“加熱選擇”為24V快加熱，風(fēng)扇可對加熱井

5、散熱降溫。,,6. 先把撿流計G電路的保護開關(guān)k2打向下，k1打向上，打開電源開關(guān)K，調(diào)節(jié)比較電阻R3進行粗調(diào)，待電橋平衡后，再把保護開關(guān)k2打向上，仔細調(diào)節(jié)比較電阻R3，使撿流計G的指針指零，記錄比較電阻R3的阻值。,粗調(diào),細調(diào),,,7. 測量正（或負）溫度系數(shù)（PTC或NTC）熱敏電阻的溫度特性，從30升到90，每隔5測一個數(shù)據(jù)，并記錄在下表內(nèi)，畫出溫度特性RT t曲線和ln RT 1/T曲線，求出RT 表達式（即A、B值）。,表1 （PTC或NTC）數(shù)據(jù)記錄 室溫 Kr =,,【注意事項】,1.使用電橋時，應(yīng)避免將R1、 R2、 R3同時調(diào)到零值附近測量，這樣可能會出現(xiàn)較大的工作

6、電流，測量精度也會下降。 2.電橋的工作電壓一般不要超過3V，否則通過熱敏電阻的電流過大，可能損壞熱敏電阻。 3. 熱敏電阻作為測量溫度的敏感元件時，必須要求它的電阻值只隨環(huán)境溫度而變化，與通過的電流無關(guān)。因此，流經(jīng)熱敏電阻的電流一般選取其伏安特性曲線的線性部分的五分之一；同時流過的電流越小越好。,,,4. 測量時，密切注視檢流計G，若指針迅速偏轉(zhuǎn)，說明通過G的電流很大，應(yīng)迅速斷開k1，以免燒壞檢流計。 5. 注意絕對溫度 T 與攝氏溫度 t 的關(guān)系。,,選擇合適的倍率 Kr = R1/R2（ Kr=0.55）,調(diào)節(jié)R3到適當(dāng)?shù)淖柚?k1、k2打向下 加熱選擇“斷”,打開儀器電源開關(guān),記錄R3

7、,調(diào)節(jié)工作電壓 E = 23V,設(shè)置溫度t、加溫,粗調(diào)R3，G指零,細調(diào)R3，G指零,組裝惠斯登電橋,,,,,,,,,,,,實驗流程圖,正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻的 溫度特性RT t 參考曲線,負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻的 溫度特性RT t 參考曲線,【實驗報告的要求】,1實驗名稱 2實驗儀器 3實驗?zāi)康?4實驗原理及所采用的實驗方法 5實驗內(nèi)容 6數(shù)據(jù)處理,【預(yù)習(xí)抽查問題與思考題】,1. 實驗的目的是什么？ 2. 為什么用電橋測電阻一般比伏安法測量的準(zhǔn)確度高？ 3. 在測量半導(dǎo)體熱敏電阻時，當(dāng)橋路達到平衡后，撤去電源，對電路會有什么影響？（電流計是否偏轉(zhuǎn)）為什么？ 4. NTC半導(dǎo)體熱敏電阻與普通電阻比較，具有什么特點？ 5. 如何減小溫度不穩(wěn)定對測量的影響？,6. 半導(dǎo)體熱敏電阻具有怎樣的溫度特性？ 7. 利用半導(dǎo)體熱敏電阻的溫度特性，能否制作一只溫度計？ 8. 本實驗要求用作圖法處理數(shù)據(jù)，請考慮一下用哪一個量作為橫軸的自變量？哪一個量作為縱軸的因變量？得到的曲線是什么形狀？,