半导体电阻随温度变化关系的研究

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R T 和绝对温度T 的关系可表示为

T b T ae R = （4－6－1） 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T 1时测得其电阻为R T 1

11T b T ae R = （4－6－2）

在温度T 2时测得其阻值为R T 2

22T b T ae R = （4－6－3）

将以上两式相除，消去a 得

)1

1

(21

2

1T T b T T e R R -=

再取对数，有

)11(ln ln 2

121T T R R b T T --= （4－6－4）

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R T 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：

T

b

a R T +

=ln ln （4－6－5） 或写作

BX A Y +=

（4－6－6）

式中X b B a A R Y T 1,,ln ,ln ====，然后取X 、Y 分别为横、纵坐标，对不同的温度T 测得对应的R T 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

%10012⨯-==T b dT dR R T T α （4－6－7） 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R X 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

2．作R T～t曲线。

3．作ln R T～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。