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1、半導(dǎo)體熱敏電阻的特性研究,大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),主講教師：李明非,吉林建筑工程學(xué)院城建學(xué)院,【實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)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(jiǎn)單、靈敏度高、穩(wěn)定性好、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)量和控制等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于測(cè)溫、控溫、溫度補(bǔ)償、報(bào)警等領(lǐng)域。熱敏電阻分為負(fù)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(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1鞏固和復(fù)習(xí)用電橋測(cè)量電阻的方法； 2. 學(xué)習(xí)如何用電橋測(cè)量熱敏電阻的溫度特性； 3了解電橋在非電量測(cè)量中的應(yīng)用
2、。,【實(shí)驗(yàn)原理】,1熱敏電阻溫度特性原理,實(shí)驗(yàn)表明在一定溫度范圍內(nèi)，半導(dǎo)體的電阻率和絕對(duì)溫度 T （單位K）之間的關(guān)系為,,式中A1與B對(duì)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(duì)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(duì)某一特定電阻而言，A與B均為常數(shù)，用實(shí)驗(yàn)方法可以測(cè)定。為了便于數(shù)據(jù)處理，將上式兩邊取對(duì)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(jì)，Rb 為保護(hù)電阻， K2 為保護(hù)開關(guān)。當(dāng)C、 D之間的電位相等時(shí)，橋路中的電流 Ig 等于零，檢流計(jì)G的指針指零，此時(shí)電橋處于平衡狀態(tài)。,Kr為倍率，R3為比較電阻。Rx為待測(cè)電阻（RT）。,,【實(shí)驗(yàn)儀器】,FB203A型半導(dǎo)體熱敏電阻特性研究試驗(yàn)儀（電源、檢流、控溫、測(cè)溫）1臺(tái) FB203A型半導(dǎo)體熱敏電阻特性研究試驗(yàn)儀（自組惠斯登電橋電阻箱）1臺(tái) 正（或負(fù)）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(yàn)儀 電源 檢流 控溫
4、 測(cè)溫,熱敏電阻,【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】,1. 利用實(shí)驗(yàn)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(cè)量時(shí)把選中的熱敏電阻的引線接到電橋中（Rx）。,每人只測(cè)量一付,3. 根據(jù)不同的溫度，估計(jì)正、負(fù)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(duì)加熱井
5、散熱降溫。,,6. 先把撿流計(jì)G電路的保護(hù)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(jìn)行粗調(diào)，待電橋平衡后，再把保護(hù)開關(guān)k2打向上，仔細(xì)調(diào)節(jié)比較電阻R3，使撿流計(jì)G的指針指零，記錄比較電阻R3的阻值。,粗調(diào),細(xì)調(diào),,,7. 測(cè)量正（或負(fù)）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(cè)一個(gè)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(dá)式（即A、B值）。,表1 （PTC或NTC）數(shù)據(jù)記錄 室溫 Kr =,,【注意事項(xiàng)】,1.使用電橋時(shí)，應(yīng)避免將R1、 R2、 R3同時(shí)調(diào)到零值附近測(cè)量，這樣可能會(huì)出現(xiàn)較大的工作
6、電流，測(cè)量精度也會(huì)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(cè)量溫度的敏感元件時(shí)，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(shí)流過的電流越小越好。,,,4. 測(cè)量時(shí)，密切注視檢流計(jì)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(jì)。 5. 注意絕對(duì)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(xì)調(diào)R3，G指零,組裝惠斯登電橋,,,,,,,,,,,,實(shí)驗(yàn)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(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻的 溫度特性RT t 參考曲線,【實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求】,1實(shí)驗(yàn)名稱 2實(shí)驗(yàn)儀器 3實(shí)驗(yàn)?zāi)康?4實(shí)驗(yàn)原理及所采用的實(shí)驗(yàn)方法 5實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 6數(shù)據(jù)處理,【預(yù)習(xí)抽查問題與思考題】,1. 實(shí)驗(yàn)的目的是什么？ 2. 為什么用電橋測(cè)電阻一般比伏安法測(cè)量的準(zhǔn)確度高？ 3. 在測(cè)量半導(dǎo)體熱敏電阻時(shí)，當(dāng)橋路達(dá)到平衡后，撤去電源，對(duì)電路會(huì)有什么影響？（電流計(jì)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(diǎn)？ 5. 如何減小溫度不穩(wěn)定對(duì)測(cè)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(jì)？ 8. 本實(shí)驗(yàn)要求用作圖法處理數(shù)據(jù)，請(qǐng)考慮一下用哪一個(gè)量作為橫軸的自變量？哪一個(gè)量作為縱軸的因變量？得到的曲線是什么形狀？,
半導(dǎo)體熱敏電阻的特性研究
