半導體熱敏電阻 的特性研究 ppt課件

1、半導體熱敏電阻半導體熱敏電阻的特性研究的特性研究 大學物理實驗大學物理實驗主講教師：李明非主講教師：李明非吉林建筑工程學院城建學院吉林建筑工程學院城建學院 【實驗簡介】【實驗簡介】 熱敏電阻是一種電阻值隨其溫度變化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而顯著變化的電阻，大多由金屬氧化物半導體材料制成，或由單晶半導體、玻璃和導體材料制成，或由單晶半導體、玻璃和塑料制成的。由于熱敏電阻具有體積小、塑料制成的。由于熱敏電阻具有體積小、結構簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好、可實現(xiàn)結構簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好、可實現(xiàn)遠程測量和控制等優(yōu)點，所以廣泛應用于遠程測量和控制等優(yōu)點，所以廣泛

2、應用于測溫、控溫、溫度補償、報警等領域。熱測溫、控溫、溫度補償、報警等領域。熱敏電阻分為負溫度系數(shù)敏電阻分為負溫度系數(shù)NTC熱敏電阻、熱敏電阻、正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)PTC熱敏電阻和開關型熱熱敏電阻和開關型熱敏電阻，前兩者電阻率隨溫度的變化一般敏電阻，前兩者電阻率隨溫度的變化一般是指數(shù)規(guī)律。是指數(shù)規(guī)律。【實驗目的】【實驗目的】n1鞏固和復習用電橋測量電阻的方法；鞏固和復習用電橋測量電阻的方法；n2. 學習如何用電橋測量熱敏電阻的溫度特性；學習如何用電橋測量熱敏電阻的溫度特性；n3了解電橋在非電量測量中的應用。了解電橋在非電量測量中的應用。【實驗原理】【實驗原理】n1熱敏電阻溫度特性原理熱敏電阻溫

3、度特性原理 實驗表明在一定溫度范圍內(nèi)，半導體的電阻率實驗表明在一定溫度范圍內(nèi)，半導體的電阻率和絕對溫度和絕對溫度 T （單位（單位K之間的關系為之間的關系為TBeA/1式中式中A1與與B對于同一種半導體材料為常量，其數(shù)值對于同一種半導體材料為常量，其數(shù)值與材料的物理性質(zhì)有關。與材料的物理性質(zhì)有關。 對于截面均勻的熱敏電阻，其電阻值對于截面均勻的熱敏電阻，其電阻值RT可以根可以根據(jù)電阻定律寫為據(jù)電阻定律寫為TBTBTAesleAslR/1式中式中l(wèi) 為兩電極間距離，為兩電極間距離，s為熱敏電阻的橫截面。為熱敏電阻的橫截面。 對某一特定電阻而言，對某一特定電阻而言，A與與B均為常數(shù)，用實驗均為常數(shù)

4、，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)，則有對數(shù)，則有 ATBRTln1lnA=A1 l/sYX熱敏電阻溫度系數(shù)的定義式為熱敏電阻溫度系數(shù)的定義式為 ：21TBdTdRRTT不僅與材料常數(shù)有關，還與溫度有關，低溫段不僅與材料常數(shù)有關，還與溫度有關，低溫段比高溫段更靈敏。比高溫段更靈敏。TBTAeR/ATBRTln1ln 以以1/T 為橫坐標，以為橫坐標，以ln RT 為縱坐標作圖，則為縱坐標作圖，則得到的圖線應為直線，其斜率為得到的圖線應為直線，其斜率為B，截距為，截距為lnA。 n2直流電橋電路原理直流電橋電路原理GABCDR1R

5、2RxR3I1I2EKk1k2Rb R1、R2、R3和和Rx連成四邊形，稱為電連成四邊形，稱為電橋的四臂。橋的四臂。G 為檢流為檢流計，計，Rb 為保護電阻，為保護電阻，K2 為保護開關。當為保護開關。當C、D之間的電位相等時，橋路中的電流之間的電位相等時，橋路中的電流 Ig 等于零，等于零，檢流計檢流計G的指針指零，此時電橋處于平衡狀態(tài)。的指針指零，此時電橋處于平衡狀態(tài)。33213212211RKRRRRRIRIRIRIrxxKr為倍率，為倍率，R3為比較電阻。為比較電阻。Rx為待測電阻為待測電阻RT）。）。【實驗儀器】【實驗儀器】nFB203A型半導體熱敏電阻特性研究試驗儀電源、型半導體熱

6、敏電阻特性研究試驗儀電源、檢流、控溫、測溫檢流、控溫、測溫1臺臺nFB203A型半導體熱敏電阻特性研究試驗儀自組型半導體熱敏電阻特性研究試驗儀自組惠斯登電橋電阻箱惠斯登電橋電阻箱1臺臺n正或負溫度系數(shù)正或負溫度系數(shù)PTC或或NTC熱敏電阻熱敏電阻1付付n專用連接線若干專用連接線若干惠斯登電橋電阻箱惠斯登電橋電阻箱半導體熱敏電阻半導體熱敏電阻特性研究試驗儀特性研究試驗儀電源電源 檢流檢流控溫控溫 測溫測溫熱敏電阻熱敏電阻【實驗內(nèi)容與步驟】【實驗內(nèi)容與步驟】 1. 利用實驗利用實驗裝置提供的元裝置提供的元器件，按圖自器件，按圖自行組裝惠斯登行組裝惠斯登電橋。電橋。長線長線長線長線 2. 把熱敏電把

7、熱敏電阻傳感器插入阻傳感器插入加熱井中，測加熱井中，測量時把選中的量時把選中的熱敏電阻的引熱敏電阻的引線接到電橋中線接到電橋中Rx）。）。每人只測量一付每人只測量一付 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）電阻的阻值范圍見下表或后面的參考曲線）3090PTC正正溫度系數(shù)熱敏電阻溫度系數(shù)熱敏電阻3561113NTC負溫度系數(shù)熱敏電阻負溫度系數(shù)熱敏電阻2599376把比較電阻把比較電阻R3預先調(diào)節(jié)到適當?shù)淖柚殿A先調(diào)節(jié)到適當?shù)淖柚颠x擇合適的倍率選擇合適的倍率Kr = R1/R2（一般?。ㄒ话闳?Kr=0.55，記錄此值

8、），記錄此值） 4. 把電橋的工作電把電橋的工作電壓調(diào)節(jié)到壓調(diào)節(jié)到E = 23V。 5. 使用電子式使用電子式溫度指示調(diào)節(jié)儀，溫度指示調(diào)節(jié)儀，設置加熱井的溫度設置加熱井的溫度t最高最高99.9），），“加熱選擇加熱選擇”為為16V慢加熱，慢加熱，“加加熱選擇熱選擇”為為24V快加熱，風扇可對快加熱，風扇可對加熱井散熱降溫。加熱井散熱降溫。 6. 先把撿流計先把撿流計G電電路的保護開關路的保護開關k2打向打向下，下，k1打向上，打開打向上，打開電源開關電源開關K，調(diào)節(jié)比，調(diào)節(jié)比較電阻較電阻R3進行粗調(diào)，進行粗調(diào)，待電橋平衡后，再把待電橋平衡后，再把保護開關保護開關k2打向上，打向上，仔細調(diào)節(jié)比較

9、電阻仔細調(diào)節(jié)比較電阻R3，使撿流計使撿流計G的指針指的指針指零，記錄比較電阻零，記錄比較電阻R3的阻值。的阻值。粗調(diào)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）。表表1 （PTC或或NTC數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄 室溫室溫 Kr = 序號序號12345678910t()30354045505560657075T(K)1/TR3Rx=RTlnRT【本卷須知】【本卷須知】n1.使用電橋時，應避免將使用電橋時，應避免將R1、 R2、 R3同時調(diào)到同時調(diào)到零值

10、附近測量，這樣可能會出現(xiàn)較大的工作電流，零值附近測量，這樣可能會出現(xiàn)較大的工作電流，測量精度也會下降。測量精度也會下降。n2.電橋的工作電壓一般不要超過電橋的工作電壓一般不要超過3V，否則通過熱，否則通過熱敏電阻的電流過大，可能損壞熱敏電阻。敏電阻的電流過大，可能損壞熱敏電阻。n3. 熱敏電阻作為測量溫度的敏感元件時，必須要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，與通過的電求它的電阻值只隨環(huán)境溫度而變化，與通過的電流無關。因此，流經(jīng)熱敏電阻的電流一般選取其流無關。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；同時流過伏安特性曲線的線性部分的

11、五分之一；同時流過的電流越小越好。的電流越小越好。n4. 測量時，密切注視檢流計測量時，密切注視檢流計G，若指針迅速偏轉(zhuǎn)，若指針迅速偏轉(zhuǎn)，說明通過說明通過G的電流很大，應迅速斷開的電流很大，應迅速斷開k1，以免燒壞，以免燒壞檢流計。檢流計。n5. 注意絕對溫度注意絕對溫度 T 與攝氏溫度與攝氏溫度 t 的關系。的關系。選擇合適的倍率選擇合適的倍率Kr = R1/R2（ Kr=0.55）調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R3到適當?shù)淖柚档竭m當?shù)淖柚祂1、k2打向下打向下加熱選擇加熱選擇“斷斷”打開儀器電源開關打開儀器電源開關記錄記錄R3調(diào)節(jié)工作電壓調(diào)節(jié)工作電壓E = 23V設置溫度設置溫度t、加溫、加溫粗調(diào)粗調(diào)R3，G指

12、零指零細調(diào)細調(diào)R3，G指零指零組裝惠斯登電橋組裝惠斯登電橋正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)PTC熱敏電阻的熱敏電阻的 溫度特性溫度特性RT t 參考曲參考曲線線負溫度系數(shù)負溫度系數(shù)NTC熱敏電阻的熱敏電阻的 溫度特性溫度特性RT t 參考曲參考曲線線【實驗報告的要求】【實驗報告的要求】n1實驗名稱實驗名稱n2實驗儀器實驗儀器n3實驗目的實驗目的n4實驗原理及所采用的實驗方法實驗原理及所采用的實驗方法n5實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容n6數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理【預習抽查問題與思考題】【預習抽查問題與思考題】n1. 實驗的目的是什么？實驗的目的是什么？n2. 為什么用電橋測電阻一般比伏安法測量的準為什么用電橋測電阻一般比伏安法測量的準確度高？確度高？n3. 在測量半導體熱敏電阻時，當橋路達到平衡在測量半導體熱敏電阻時，當橋路達到平衡后，撤去電源，對電路會有什么影響？（電流后，撤去電源，對電路會有什么影響？（電流計是否偏轉(zhuǎn)為什么？計是否偏轉(zhuǎn)為什么？n4. NTC半導體熱敏電阻與普通電阻比較，具有半導體熱敏電阻與普通電阻比較，具有什么特點？什么特點？n5. 如何減小溫度不穩(wěn)定對測量的影響？如何減小溫度不穩(wěn)定對測量的影響？n6. 半導體熱敏電