半导体热敏电阻的电阻—温度特性实验讲义.doc

半导体热敏电阻的电阻—温度特性

实验原理

1.半导体热敏电阻的电阻—温度特性

某些金属氧化物半导体（如：Fe3O4、MgCr2O4等）的电阻与温度的关系满足式（1）：

B

R =ReT

（1）

T ∞

式中RT是温度为T时的热敏电阻阻值，R∞是T趋于无穷时热敏电阻的阻值

阻的材料常数，T为热力学温度。

①，B是热敏电

热敏电阻对温度变化反应的灵敏度一般由电阻温度系数α来表示。根据定义，电阻温度系数可由式（2）来决定：

α=1

RT

dRT

dT

（2）

由于这类热敏电阻的α值为负，因此被称为负温度系数（NTC）热敏电阻，这也是最常见的一类热敏电阻。

2.惠斯通电桥的工作原理

半导体热敏电阻的工作阻值范围一般在1~106Ω，需要较精确测量时常用电桥法，惠斯通电桥是一种应用很广泛的仪器。

惠斯通电桥的原理如图1所示。四个电阻R0、R1、R2和Rx组成一个四边形，其中Rx

就是待测电阻。在四边形的一对对角A和C之间连接电源；而在另一对对角B和D之间接入检流计G。当B和D两点电势相等时，G中无电流通过，电桥便达到了平衡。平衡时必

D

R1 SG Rx

A C

G

R2 R0

R

B

Sb E

图1惠斯通电桥原理图 图2惠斯通电桥面板图

∞①由于(1)式只在某一温度范围内才适用，所以更确切的说R仅是公式的一个系数，而并非实际T趋于无

∞

穷时热敏电阻的阻值。

R1

有Rx=

R2

R1

RR0，

R

2

和R0都已知，Rx即可求出。R0为标准可变电阻，由有四个旋钮的电

R

阻箱组成，最小改变量为1Ω。 1

R2

称电桥的比率臂，由一个旋钮调节，它采用十进制固定

值，共分0.001，0.01，0.1，1，10，100，1000七挡。测量时应选择合适的挡位，保证测量

值有4位有效数。电桥一般自带检流计，如图2所示，如果有特殊的精度要求也可外接检流计，本实验采用外接的检流计来判断电桥的平衡。

实验内容

1.数据测量打开大学物理仿真实验软件，在实验目录中选择“热敏电阻”进入本实验主页面。在实

验桌上点击各仿真实验仪器（包括：功率调节器、电炉及热敏电阻、惠斯通电桥、检流计和稳压电源）和说明书，进入相关页面并按照说明了解仪器型号、使用方法及基本性能，对于实验仪器上的所有调节旋钮，其调节方法均为点击鼠标左键反时针转，点击鼠标右键顺时针转。

熟悉各实验仪器的使用后，点击“连接导线”进入相关页面，按图3接线，其中功率调节器和电炉之间已经连接，不需要再用导线去连。连线正确后点击“开始测量数据”按钮进入测量页面。

+ +

检流

－ －检流计

惠斯通电桥

+

电源

+

稳压电源

－ －

水银温度计

热敏电阻

水

电炉

图3仪器连接图

首先，打开稳压电源，根据惠斯通电桥的额定工作电压选择稳压电源的输出电压。打开

检流计使其进入工作状态（即解除检流计的锁定），按“短路”按钮，观察检流计指针是否指零，如果指针未指零，则旋转“零位调节”旋钮调零。之后按下“电计”按钮，将检流计接入电路，由于此时电桥还未调节平衡，所以检流计指针会偏到一边，若电桥平衡时，则检流计指针应指零。

接着，点击惠斯通电桥进入电阻测量页面，测量室温（20.0℃）时热敏电阻的阻值。测量时，保持温度计、检流计和记录本页面处于打开状态，选择合适的倍率值（使测量的电阻

值有4位有效数），调节电阻箱阻值使按下“电计”按钮时，检流计指针指零。此时按右下角的“数据记录”按钮便可将温度计所显示温度（20.0℃）时的电阻值记录下来。注意：由于此时电炉还未通电，温度会保持20.0℃不变，所以请用足够的时间来熟悉惠斯通电桥的电阻调节方法，以便在下一步变温测量时能迅速正确的测量电阻值。本实验采用的热敏电阻在

20.0℃时的阻值约为500.0Ω。然后，打开功率调节器，不断调节合适的功率值，使电炉开始给水浴加热从而改变热敏

电阻的阻值。用惠斯通电桥从25.0℃开始每隔5.0℃测量一次电阻值，直到85.0℃。之后，逐渐调小并最终关闭功率调节器，使水浴慢慢冷却，测量降温过程中，各对应温度点的电阻值。注意：由于仿真实验考虑了电功率和散热因素，所以功率过高则升温过快，来不及记录数据；功率过低则升温过慢，浪费时间，甚至可能达不到预订的温度。建议升温时按实际情况逐步提高功率。降温时也不要立刻关闭电源，而是通过逐渐降低功率来控制降温速度。测量过程中多注意温度计读数，并及时调节电桥让指针始终靠近零刻度线，以免电桥远离平衡，到时来不及调节而错过测量要求温度的电阻值。

2.