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1、半导体热敏电阻半导体热敏电阻的特性研究的特性研究 大学物理实验大学物理实验主讲教师：李明非主讲教师：李明非吉林建筑工程学院城建学院吉林建筑工程学院城建学院 半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究【实验简介】【实验简介】热敏电阻是一种电阻值随其温度变化而显热敏电阻是一种电阻值随其温度变化而显著变化的电阻著变化的电阻，大多由金属氧化物半导体材料制，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、稳热敏电阻具有体积小、结构简单、灵敏度高、稳
2、定性好、可实现远程测量和控制等优点，所以广定性好、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。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（热敏电阻分为负温度系数（NTC）热敏电阻、正）热敏电阻、正温度系数（温度系数（PTC）热敏电阻和开关型热敏电阻，）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。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半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究【实验目的】【实验目的】n1巩固和复习用电桥测量电阻的方法；巩固和复习用电桥测量电阻的方法；
3、n2.学习如何用电桥测量热敏电阻的温度特性；学习如何用电桥测量热敏电阻的温度特性；n3了解电桥在非电量测量中的应用。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半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究【实验原理】【实验原理】n1热敏电阻温度特性原理热敏电阻温度特性原理 实验表明在一定温度范围内，半导体的电阻率实验表明在一定温度范围内，半导体的电阻率和绝对温度和绝对温度 T（单位（单位K）之间的关系为）之间的关系为式中式中A1与与B对于同一种半导体材料为常量，其数值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。与材料的物理性质有关。半导体热敏电
4、阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究 对于截面均匀的热敏电阻，其电阻值对于截面均匀的热敏电阻，其电阻值RT可以根可以根据电阻定律写为据电阻定律写为式中式中l 为两电极间距离，为两电极间距离，s为热敏电阻的横截面。为热敏电阻的横截面。对某一特定电阻而言，对某一特定电阻而言，A与与B均为常数，用实验均为常数，用实验方法可以测定。方法可以测定。为了便于数据处理，将上式两边取为了便于数据处理，将上式两边取对数，则有对数，则有 A=A1 l/sYX半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究热敏电阻温度系
5、数的定义式为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。比高温段更灵敏。以以1/T 为横坐标，以为横坐标，以ln RT 为纵坐标作图，则为纵坐标作图，则得到的图线应为直线，其斜率为得到的图线应为直线，其斜率为B，截距为，截距为lnA。半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究n2直流电桥电路原理直流电桥电路原理GABCDR1R2RxR3I1I2EKk1k2Rb R1、R2、R3和和Rx连成四边形，称为电连成四边形，称为电桥的四臂。桥的四臂。G 为检流为检流计，
6、计，Rb 为保护电阻，为保护电阻，K2 为保护开关。当为保护开关。当C、D之间的电位相等时，桥路中的电流之间的电位相等时，桥路中的电流 Ig 等于零，等于零，检流计检流计G的指针指零，此时电桥处于平衡状态。的指针指零，此时电桥处于平衡状态。Kr为倍率，为倍率，R3为比较电阻。为比较电阻。Rx为待测电阻（为待测电阻（RT）。）。半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究【实验仪器】【实验仪器】nFB203A型半导体热敏电阻特性研究试验仪（电源、型半导体热敏电阻特性研究试验仪（电源、检流、控温、测温）检流、控温、测温）1台台nFB203A型半导
7、体热敏电阻特性研究试验仪（自组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）惠斯登电桥电阻箱）1台台n正（或负）温度系数（正（或负）温度系数（PTC或或NTC）热敏电阻）热敏电阻1付付n专用连接线若干专用连接线若干半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究惠斯登电桥电阻箱惠斯登电桥电阻箱半导体热敏电阻半导体热敏电阻特性研究试验仪特性研究试验仪电源电源 检流检流控温控温 测温测温热敏电阻热敏电阻半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究【实验内容与步骤】【实验内容与步骤】1.利用实
8、验利用实验装置提供的元装置提供的元器件，按图自器件，按图自行组装惠斯登行组装惠斯登电桥。电桥。半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究长线长线长线长线半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究 2.把热敏电把热敏电阻传感器插入阻传感器插入加热井中，测加热井中，测量时把选中的量时把选中的热敏电阻的引热敏电阻的引线接到电桥中线接到电桥中（Rx）。）。每人只测量一付每人只测量一付半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究 3.根据不同的温
9、度，估计正、负温度系数热敏根据不同的温度，估计正、负温度系数热敏电阻的阻值范围（电阻的阻值范围（见下表或后面的参考曲线见下表或后面的参考曲线）3090PTC正正温度系数热敏电阻温度系数热敏电阻3561113NTC负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻2599376把比较电阻把比较电阻R3预先调节到适当的阻值预先调节到适当的阻值选择合适的倍率选择合适的倍率Kr=R1/R2（一般取（一般取 Kr5，记录此值），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半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻
10、的特性研究 4.把电桥的工作电把电桥的工作电压调节到压调节到E=23V。半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究 5.使用电子式使用电子式温度指示调节仪，温度指示调节仪，设置加热井的温度设置加热井的温度t（最高最高99.9），），“加热选择加热选择”为为16V慢加热，慢加热，“加加热选择热选择”为为24V快加热，风扇可对快加热，风扇可对加热井散热降温。加热井散热降温。半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究 6.先把捡流计先把捡流计G电电路的保护开关路的保护开关k2打向打向下，下，k
11、1打向上，打开打向上，打开电源开关电源开关K，调节比，调节比较电阻较电阻R3进行粗调，进行粗调，待电桥平衡后，再把待电桥平衡后，再把保护开关保护开关k2打向上，打向上，仔细调节比较电阻仔细调节比较电阻R3，使捡流计，使捡流计G的指针的指针指零，记录比较电阻指零，记录比较电阻R3的阻值。的阻值。粗调粗调细调半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究 7.测量正（或负）温度系数（测量正（或负）温度系数（PTC或或NTC）热敏）热敏电阻的温度特性，从电阻的温度特性，从30升到升到90，每隔，每隔5测一测一个数据，并记录在下表内，画出温度特性个数据
12、，并记录在下表内，画出温度特性RT t曲曲线和线和ln RT 1/T曲线，求出曲线，求出RT 表达式（即表达式（即A、B值）。值）。表表1（PTC或或NTC）数据记录）数据记录 室温室温 Kr=序号序号12345678910t()30354045505560657075T(K)1/TR3Rx=RTlnRT半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究【注意事项】【注意事项】n1.使用电桥时，应避免将使用电桥时，应避免将R1、R2、R3同时调到零同时调到零值附近测量，这样可能会出现较大的工作电流，值附近测量，这样可能会出现较大的工作电流，测量精度
13、也会下降。测量精度也会下降。n2.电桥的工作电压一般不要超过电桥的工作电压一般不要超过3V，否则通过热，否则通过热敏电阻的电流过大，可能损坏热敏电阻。敏电阻的电流过大，可能损坏热敏电阻。n3.热敏电阻作为测量温度的敏感元件时，必须要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。的电流越小越好。半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性
14、研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究n4.测量时，密切注视检流计测量时，密切注视检流计G，若指针迅速偏转，若指针迅速偏转，说明通过说明通过G的电流很大，应迅速断开的电流很大，应迅速断开k1，以免烧坏，以免烧坏检流计。检流计。n5.注意绝对温度注意绝对温度 T 与摄氏温度与摄氏温度 t 的关系。的关系。半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究选择合适的倍率选择合适的倍率Kr=R1/R2（Kr5）调节调节R3到适当的阻值到适当的阻值k1、k2打向下打向下加热选择加热选择“断断”打开仪器电源开关打开仪器电源开关记录记录R3调节工
15、作电压调节工作电压E=23V设置温度设置温度t、加温、加温粗调粗调R3，G指零指零细调细调R3，G指零指零组装惠斯登电桥组装惠斯登电桥实验流程图实验流程图半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究正温度系数（正温度系数（PTC）热敏电阻的）热敏电阻的 温度特性温度特性RT t 参考参考曲线曲线半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究负温度系数（负温度系数（NTC）热敏电阻的）热敏电阻的 温度特性温度特性RT t 参考参考曲线曲线半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏
16、电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究【实验报告的要求】【实验报告的要求】n1实验名称实验名称n2实验仪器实验仪器n3实验目的实验目的n4实验原理及所采用的实验方法实验原理及所采用的实验方法n5实验内容实验内容n6数据处理数据处理半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究【预习抽查问题与思考题】【预习抽查问题与思考题】n1.实验的目的是什么？实验的目的是什么？n2.为什么用电桥测电阻一般比伏安法测量的准为什么用电桥测电阻一般比伏安法测量的准确度高？确度高？n3.在测量半导体热敏电阻时，当桥路达到平衡在测量半导体热敏电阻时，当桥路达到平衡后，
17、撤去电源，对电路会有什么影响？（电流后，撤去电源，对电路会有什么影响？（电流计是否偏转）为什么？计是否偏转）为什么？n4.NTC半导体热敏电阻与普通电阻比较，具有半导体热敏电阻与普通电阻比较，具有什么特点？什么特点？n5.如何减小温度不稳定对测量的影响？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半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究半导体热敏电阻的特性研究n6.半导体热敏电阻具有怎样的温度特性？半导体热敏电阻具有怎样的温度特性？n7.利用半导体热敏电阻的温度特性，能否制作利用半导体热敏电阻的温度特性，能否制作一只温度计？一只温度计？n8.本实验要求用作图法处理数据，请考虑一下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？纵轴的因变量？得到的曲线是什么形状？