計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻-溫度特性實(shí)驗(yàn)報(bào)告

半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻—溫度特性1.〔如：Fe3O4、MgCr2O4〕的電阻與溫度的關(guān)系滿足式〔1〕RT=R∞eBT〔1〕RTTR∞T①，BTα〔2〕來打算：α=1dRTRTdT〔2〕由于這類熱敏電阻的α 值為負(fù)，因此被稱為負(fù)溫度系數(shù)〔NTC〕熱敏電阻，這也是最常見的一類熱敏電阻。2.惠斯通電橋的工作原理半導(dǎo)體熱敏電阻的工作阻值范圍一般在1~106Ω，需要較準(zhǔn)確測量時(shí)常用電橋法，惠斯通電橋是一種應(yīng)用很廣泛的儀器?；菟雇姌虻脑砣鐖D1所示。四個(gè)電阻R0、R1、R2和Rx組成一個(gè)四邊形其中Rx就是待測電阻在四邊形的一對(duì)對(duì)角A和C之間連接電源；而在另一對(duì)對(duì)角B和D之間接入檢流計(jì)G。當(dāng)B和D兩點(diǎn)電勢相等時(shí)，G中無電流通過，電橋便到達(dá)了平衡。平衡時(shí)必DR1RxSGAGCR2RBER0Sb1惠斯通電橋原理圖2惠斯通電橋面板圖①由于(1)R∞數(shù)，而并非實(shí)際T趨于無Rx=Rx即可求出。R0為標(biāo)準(zhǔn)可變電阻，由有四個(gè)R2R2阻箱組成，最小轉(zhuǎn)變量為1Ω。R1R20.001，0.01，0.1，1，10，100，1000擋位，保證測量值有4位有效數(shù)。電橋一般自帶檢流計(jì)，如圖2所示，假設(shè)有特別的精度要求也可外接檢流計(jì)，本試驗(yàn)承受外接的檢流計(jì)來推斷電橋的平1.數(shù)據(jù)測量翻開大學(xué)物理仿真試驗(yàn)軟件，在試驗(yàn)名目中選擇“熱敏電阻”進(jìn)入本試驗(yàn)主頁面。在實(shí)驗(yàn)桌上點(diǎn)擊各仿真試驗(yàn)儀器〔包括：功率調(diào)整器、電爐及熱敏電阻、惠斯通電橋、檢流計(jì)和穩(wěn)壓電源〕和說明書，進(jìn)入相關(guān)頁面并依據(jù)說明白解儀器型號(hào)、使用方法及根本性能，對(duì)于試驗(yàn)儀器上3接線，其中功率調(diào)節(jié)器和電爐之間已經(jīng)連接，不需要再用導(dǎo)線去連。連線正確后點(diǎn)擊“開頭測量數(shù)據(jù)”按鈕進(jìn)入測量頁面。檢流+－+電源－穩(wěn)壓電源－水銀溫度計(jì)熱敏電阻水電爐3〔即解除檢流計(jì)的鎖定〕，按“短路”按鈕，觀看檢流計(jì)指針是否指零，假設(shè)指針未指零，則旋轉(zhuǎn)“零位調(diào)整”旋鈕調(diào)零。之后按下“電計(jì)”按鈕，將檢流計(jì)接入電路，由于此時(shí)電橋還未調(diào)整平衡，所以檢流計(jì)指針會(huì)偏到一邊，假設(shè)電橋平衡時(shí)，則檢流計(jì)指針應(yīng)〔20.0℃〕時(shí)熱敏電阻的阻值。測量時(shí)，保持溫度計(jì)、檢流計(jì)和記錄本頁面處于翻開狀態(tài)，選擇適宜的倍率值〔使測量的電阻4位有效數(shù)〕〔20.0℃〕時(shí)的電阻值記錄下來。留意：由于此時(shí)電爐還未通電，溫度會(huì)保持20.0℃不變，所以請(qǐng)用足夠的時(shí)間來生疏惠斯通電橋的電時(shí)能快速正確的測量電阻值。本試驗(yàn)承受的熱敏電阻在20.0℃時(shí)的阻值約為500.0Ω25.0℃開頭每隔5.0℃測量一次電阻值，直到85.0℃。之后，漸漸調(diào)小并最終關(guān)閉功率調(diào)整器，使水浴漸漸冷卻，測量降溫過程中，各對(duì)應(yīng)溫度點(diǎn)的電阻值。留意：由于仿真試驗(yàn)考慮了電功率和散熱因素，所以功率過高則升溫過快，來不及記錄數(shù)據(jù)；功率過低則升溫過慢，鋪張時(shí)間，甚至可能達(dá)不到預(yù)訂的溫度。建議升溫時(shí)按實(shí)際情況逐以免電橋遠(yuǎn)離平衡，到時(shí)來不及調(diào)整而錯(cuò)過測量要求溫度的電阻值。2.數(shù)據(jù)2.1Excel〔t，RT，升溫，R降溫〕填入數(shù)據(jù)R平均，lnR，1/T，如表1所示。在D盤根名目下建文件夾，文件名為：學(xué)號(hào)和姓名，如“09005516Excel的文件名命名后保存到以上文件夾中。填寫表格時(shí)請(qǐng)留意有效數(shù)字的保存。t/℃T/KR/ΩR/ΩR/ΩlnR1/T(×10-3)????1???2.2〔一元線性回歸法求B，R∞〔xiyi〕存在線性關(guān)系，則一元線性回歸方程可設(shè)為：y=a+bx通過最小二乘法①可計(jì)算得到該線性方程的截距a和斜率b求自然對(duì)數(shù)后可得到lnRT和〔3〕1T①lnRT=lnR∞+B1T〔4〕lnR∞和B的值。本試驗(yàn)借助圖形可視Origin，利用最小二乘原理來完成對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的直線擬合，具體步驟如下：①翻開Origin軟件，用選擇菜單命令“File”→“OpenExcel”選擇上面保存的Excel文件，在彈出的翻開Excel工作簿單項(xiàng)選擇框中選擇“OpenasExcelWorkbook”將Origin工作表中的數(shù)據(jù)與Excel工作簿數(shù)據(jù)源關(guān)聯(lián)起來。②點(diǎn)擊界面左下角的“Scatter”圖標(biāo)-3，消滅“SelectDataforPlotting”對(duì)話框。選Excel工作簿中的“1/T(×10)”列，然后單擊該對(duì)話框中的圖標(biāo)X；選中Excel“l(fā)nR”Y“Plot”按鈕，即可把數(shù)據(jù)點(diǎn)以散點(diǎn)圖的形式繪制在二維坐標(biāo)平面上。③選擇菜單命令“Analysis”→“FitLinear”合結(jié)果在結(jié)果記錄“ResultsLog”窗口〔位于界面右下角〕中給出。修改橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和圖例窗口的名稱，并調(diào)整相應(yīng)的字體和線寬后，選擇菜單命令“File”“Export”→，將圖片命名為“LinearFit”，以.bmplnR∞和B〔Error值〕R∞1000B值擴(kuò)大10002.3繪制電阻溫度曲線并計(jì)算α把上一步計(jì)算得到的R∞和B值代入〔1〕式，就可以得到RT關(guān)于T的函數(shù)關(guān)系式RT=f(T)。在Origin主界面左上角工具欄點(diǎn)擊“NewFunction”圖標(biāo)，翻開“FunctionGraph”窗口和“PlotDetails”對(duì)話框。在“Function”Fn(x)文本RT關(guān)于“AutoXRange”復(fù)選框，在消滅的橫坐標(biāo)范圍文本框中填寫熱力學(xué)溫度T變化的范圍，留意和實(shí)際測量的溫度變化范圍保持全都?！癓ine”在選項(xiàng)卡上選擇線寬和顏色，最終點(diǎn)擊“OK”按鈕便能在“FunctionGraph”窗口中繪制出RT=f(T)的函數(shù)圖線，按”，將圖片命名為“R_T”，以.bmp格關(guān)于T的函數(shù)關(guān)中。關(guān)閉Origin軟件把整個(gè)Project保存到自己建立的文件夾中，命名為“學(xué)號(hào)姓名.opj”。最終完成試驗(yàn)報(bào)告，包括試驗(yàn)名稱，試驗(yàn)人姓名學(xué)號(hào)、試驗(yàn)日期、儀器名稱和型號(hào)、試驗(yàn)原理、試驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)處理〔只需把計(jì)算機(jī)處理結(jié)果整〕、2.4非線性擬合法求B，R∞〔選做〕對(duì)于一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)，假設(shè)能推斷或猜測出相應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式〔一般為非線性關(guān)系〕些狀況下也可以通過最小二乘原理進(jìn)展非線性擬合，假設(shè)覺察擬合的函數(shù)曲線式并不是通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撏茖?dǎo)得來，但照樣能廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，這在工程上是很常見的。①對(duì)于本試驗(yàn)測量的數(shù)據(jù)，我們也可以使用Origin軟件通過最小二乘原理直接對(duì)R平均和T進(jìn)展非線性擬合。用和試驗(yàn)內(nèi)容2中①②一樣的方法繪制表1中R平均和T“Analysis”→“Non-linearCurveFit”→“AdvancedFittingTool?”，y=P1*exp(P2/x)，并進(jìn)展相關(guān)設(shè)置，最終擬合得到曲線和系數(shù)。將擬合結(jié)果與前面的結(jié)果比較，并保存相應(yīng)曲線