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半导体电阻随温度变化关系的研究.doc

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半导体电阻随温度变化关系的研究.doc
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实验 半导体热敏电阻特性的研究实验目的1.研究热敏电阻的温度特性。2.进一步掌握惠斯通电桥的原理和应用。实验仪器箱式惠斯通电桥,控温仪,热敏电阻,直流电稳压电源等。实验原理半导体材料做成的热敏电阻是对温度变化表现出非常敏感的电阻元件,它能测量出温度的微小变化,并且体积小,工作稳定,结构简单。因此,它在测温技术、无线电技术、自动化和遥控等方面都有广泛的应用。半导体热敏电阻的基本特性是它的温度特性,而这种特性又是与半导体材料的导电机制密切相关的。由于半导体中的载流子数目随温度升高而按指数规律迅速增加。温度越高,载流子的数目越多,导电能力越强,电阻率也就越小。因此热敏电阻随着温度的升高,它的电阻将按指数规律迅速减小。实验表明,在一定温度范围内,半导体材料的电阻 RT和绝对温度 T 的关系可表示为(4-6-1)TbaeR其中常数 a 不仅与半导体材料的性质而且与它的尺寸均有关系,而常数 b 仅与材料的性质有关。常数 a、b 可通过实验方法测得。例如,在温度 T1 时测得其电阻为 RT1(4-6-2)11TbT在温度 T2 时测得其阻值为 RT2(4-6-3)2Tbae将以上两式相除,消去 a 得 )1(212TbTR再取对数,有(4-6-4))1(lnl2bT把由此得出的 b 代入(4-6-2)或(4-6-3)式中,又可算出常数 a,由这种方法确定的常数 a 和 b 误差较大,为减少误差,常利用多个 T 和 RT的组合测量值,通过作图的方法(或用回归法最好)来确定常数 a、b,为此取(4-6-1)式两边的对数。变换成直线方程:(4-6-5)TbaRTlnl或写作 (4-6-6)BXAY式中 ,然后取 X、Y 分别为横、纵坐标,对不同的温baYT1,ln,l度 T 测得对应的 RT值,经过变换后作 X~Y 曲线,它应当是一条截距为 A、斜率为 B的直线。根据斜率求出 b,又由截距可求出 a=e A。确定了半导体材料的常数 a 和 b 后,便可计算出这种材料的激活能 E=bK(K 为玻耳兹曼常数,其值见附录)以及它的电阻温度系数(4-6-7)%1012TdT显然,半导体热敏电阻的温度系数是负的,并与温度有关。热敏电阻在不同温度时的电阻值,可用惠斯通电桥测得。实验内容用电桥法测量半导体热敏电阻的温度特性。1.按图 4-6-1 实验装置接好电路,安置好仪器。2.在容器内盛入水,开启直流电源开关,在电热丝中通以 2.5A—3.0A 的电流,对水加热,使水温逐渐上升,温度由水银温度计读出。热敏电阻的两条引出线连接到惠斯通电桥的待测电阻 RX二接线柱上。3.测试的温度从 20℃开始,每增加 5℃,作一次测量,直到 85℃止。数据处理1. 把实验测量数据填入下表中温度(度)升温读数倍率 降温读数倍率 R0 均值 1/T lnRTT=20T=25T=30T=35T=40热敏电阻直流电源 惠斯通电桥电热丝水银温度计容器水+ -Rx图 4-6-1T=45T=50T=55T=60T=65T=70T=75T=80T=852.作 RT~t 曲线。3.作 lnRT~1/T(T=273+t)直线,求此直线的斜率 B 和截距 A,由此算出常数a 和 b 值,有条件者,最好用回归法代替作图法求常数 a 和 b 值。4.根据求得的 a、b 值,计算出半导体热敏电阻温度系数 α 。
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