半導(dǎo)體熱敏電阻 的特性研究 ppt課件

1、半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻的特性研究的特性研究 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)主講教師：李明非主講教師：李明非吉林建筑工程學(xué)院城建學(xué)院吉林建筑工程學(xué)院城建學(xué)院 【實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介】【實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)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(dǎo)體材料制成，或由單晶半導(dǎo)體、玻璃和導(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、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)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)用于遠(yuǎn)程測(cè)量和控制等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛

2、應(yīng)用于測(cè)溫、控溫、溫度補(bǔ)償、報(bào)警等領(lǐng)域。熱測(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)敏電阻分為負(fù)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(kāi)關(guān)型熱熱敏電阻和開(kāi)關(guān)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?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹縩1鞏固和復(fù)習(xí)用電橋測(cè)量電阻的方法；鞏固和復(fù)習(xí)用電橋測(cè)量電阻的方法；n2. 學(xué)習(xí)如何用電橋測(cè)量熱敏電阻的溫度特性；學(xué)習(xí)如何用電橋測(cè)量熱敏電阻的溫度特性；n3了解電橋在非電量測(cè)量中的應(yīng)用。了解電橋在非電量測(cè)量中的應(yīng)用?！緦?shí)驗(yàn)原理】【實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)表明在一定溫度范圍內(nèi)，半導(dǎo)體的電阻率實(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)溫度和絕對(duì)溫度 T （單位（單位K之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為TBeA/1式中式中A1與與B對(duì)于同一種半導(dǎo)體材料為常量，其數(shù)值對(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)。與材料的物理性質(zhì)有關(guān)。 對(duì)于截面均勻的熱敏電阻，其電阻值對(duì)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(duì)某一特定電阻而言，對(duì)某一特定電阻而言，A與與B均為常數(shù)，用實(shí)驗(yàn)均為常數(shù)

4、，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)，則有對(duì)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(guān)，還與溫度有關(guān)，低溫段不僅與材料常數(shù)有關(guān)，還與溫度有關(guān)，低溫段比高溫段更靈敏。比高溫段更靈敏。TBTAeR/ATBRTln1ln 以以1/T 為橫坐標(biāo)，以為橫坐標(biāo)，以ln RT 為縱坐標(biāo)作圖，則為縱坐標(biāo)作圖，則得到的圖線應(yīng)為直線，其斜率為得到的圖線應(yīng)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(jì)，計(jì)，Rb 為保護(hù)電阻，為保護(hù)電阻，K2 為保護(hù)開(kāi)關(guān)。當(dāng)為保護(hù)開(kāi)關(guān)。當(dāng)C、D之間的電位相等時(shí)，橋路中的電流之間的電位相等時(shí)，橋路中的電流 Ig 等于零，等于零，檢流計(jì)檢流計(jì)G的指針指零，此時(shí)電橋處于平衡狀態(tài)。的指針指零，此時(shí)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(cè)電阻為待測(cè)電阻RT）。）。【實(shí)驗(yàn)儀器】【實(shí)驗(yàn)儀器】nFB203A型半導(dǎo)體熱敏電阻特性研究試驗(yàn)儀電源、型半導(dǎo)體熱

6、敏電阻特性研究試驗(yàn)儀電源、檢流、控溫、測(cè)溫檢流、控溫、測(cè)溫1臺(tái)臺(tái)nFB203A型半導(dǎo)體熱敏電阻特性研究試驗(yàn)儀自組型半導(dǎo)體熱敏電阻特性研究試驗(yàn)儀自組惠斯登電橋電阻箱惠斯登電橋電阻箱1臺(tái)臺(tái)n正或負(fù)溫度系數(shù)正或負(fù)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(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻特性研究試驗(yàn)儀特性研究試驗(yàn)儀電源電源 檢流檢流控溫控溫 測(cè)溫測(cè)溫?zé)崦綦娮锜崦綦娮琛緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】 1. 利用實(shí)驗(yàn)利用實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)線長(zhǎng)線長(zhǎng)線長(zhǎng)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(cè)加熱井中，測(cè)量時(shí)把選中的量時(shí)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(cè)量一付每人只測(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(jiàn)下表或后面的參考曲線）電阻的阻值范圍見(jiàn)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(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻2599376把比較電阻把比較電阻R3預(yù)先調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)淖柚殿A(yù)先調(diào)節(jié)到適當(dāng)?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(shè)置加熱井的溫度設(shè)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(fēng)扇可對(duì)快加熱，風(fēng)扇可對(duì)加熱井散熱降溫。加熱井散熱降溫。 6. 先把撿流計(jì)先把撿流計(jì)G電電路的保護(hù)開(kāi)關(guān)路的保護(hù)開(kāi)關(guān)k2打向打向下，下，k1打向上，打開(kāi)打向上，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)K，調(diào)節(jié)比，調(diào)節(jié)比較電阻較電阻R3進(jìn)行粗調(diào)，進(jìn)行粗調(diào)，待電橋平衡后，再把待電橋平衡后，再把保護(hù)開(kāi)關(guān)保護(hù)開(kāi)關(guān)k2打向上，打向上，仔細(xì)調(diào)節(jié)比較

9、電阻仔細(xì)調(diào)節(jié)比較電阻R3，使撿流計(jì)使撿流計(jì)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(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(hào)序號(hào)12345678910t()30354045505560657075T(K)1/TR3Rx=RTlnRT【本卷須知】【本卷須知】n1.使用電橋時(shí)，應(yīng)避免將使用電橋時(shí)，應(yīng)避免將R1、 R2、 R3同時(shí)調(diào)到同時(shí)調(diào)到零值

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

11、五分之一；同時(shí)流過(guò)的電流越小越好。的電流越小越好。n4. 測(cè)量時(shí)，密切注視檢流計(jì)測(cè)量時(shí)，密切注視檢流計(jì)G，若指針迅速偏轉(zhuǎn)，若指針迅速偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明通過(guò)說(shuō)明通過(guò)G的電流很大，應(yīng)迅速斷開(kāi)的電流很大，應(yīng)迅速斷開(kāi)k1，以免燒壞，以免燒壞檢流計(jì)。檢流計(jì)。n5. 注意絕對(duì)溫度注意絕對(duì)溫度 T 與攝氏溫度與攝氏溫度 t 的關(guān)系。的關(guān)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(dāng)?shù)淖柚档竭m當(dāng)?shù)淖柚祂1、k2打向下打向下加熱選擇加熱選擇“斷斷”打開(kāi)儀器電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)儀器電源開(kāi)關(guān)記錄記錄R3調(diào)節(jié)工作電壓調(diào)節(jié)工作電壓E = 23V設(shè)置溫度設(shè)置溫度t、加溫、加溫粗調(diào)粗調(diào)R3，G指

12、零指零細(xì)調(diào)細(xì)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(fù)溫度系數(shù)負(fù)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(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求】【實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求】n1實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)名稱n2實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器n3實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康膎4實(shí)驗(yàn)原理及所采用的實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)原理及所采用的實(shí)驗(yàn)方法n5實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容n6數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理【預(yù)習(xí)抽查問(wèn)題與思考題】【預(yù)習(xí)抽查問(wèn)題與思考題】n1. 實(shí)驗(yàn)的目的是什么？實(shí)驗(yàn)的目的是什么？n2. 為什么用電橋測(cè)電阻一般比伏安法測(cè)量的準(zhǔn)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？確度高？n3. 在測(cè)量半導(dǎo)體熱敏電阻時(shí)，當(dāng)橋路達(dá)到平衡在測(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？計(jì)是否偏轉(zhuǎn)為什么？n4. NTC半導(dǎo)體熱敏電阻與普通電阻比較，具有半導(dǎo)體熱敏電阻與普通電阻比較，具有什么特點(diǎn)？什么特點(diǎn)？n5. 如何減小溫度不穩(wěn)定對(duì)測(cè)量的影響？如何減小溫度不穩(wěn)定對(duì)測(cè)量的影響？n6. 半導(dǎo)體熱敏電