电阻温度关系和减压降温技术
半导体热敏电阻的电阻—温度特性实验讲义
∞ 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、MgCr2O 4 等）的电阻与温度的关系满足式（1）：B R = R e T （1） T ∞式中 R T 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 R T dR TdT （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 R 0 、R 1 、R 2 和 R x 组成一个四边形，其中 R x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CR b 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。
R R 1 有 R x = R 2 R 1 R 0 ， 2 和 R 0 都已知， R x 即可求出。
R 0 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。
080903005计算机仿真实验：半导体热敏电阻的电阻—温度特性实验讲义2007-9-7
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：Fe 3O 4、MgCr 2O 4等）的电阻与温度的关系满足式（1）： Be R R T ∞= （1）式中T R 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①，B 是热敏电阻的材料常数，T 为热力学温度。
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： dT dR R TT 1=α （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0R 、1R 、2R 和x R 组成一个四边形，其中x R 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。
图2 惠斯通电桥面板图有021R R R R x =，21R R 和0R 都已知，x R 即可求出。
0R 为标准可变电阻，由有四个旋钮的电阻箱组成，最小改变量为1Ω。
21R R 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。
2电阻温度关系和氦制冷技术
电阻温度关系和氦制冷技术1、实验目的：1．了解金属和半导体PN结的伏安特性随温度的变化。
2．学习几种低温温度计的比对和使用方法。
3．学习氦制冷机的使用和低温控制的简单办法。
二．实验原理：1．电阻温度关系．(1)金属导体电阻与温度关系。
在纯金属中，导电的电子被晶格中的缺陷和晶格本身的热振动所散射，这种作用过程决定了电阻率ρ的大小。
我们知道，电子的平均自由程部分地受与温度有关的品格热振动频率限制，因而是一个与温度有关的量。
因此，在决定电阻率随温度的变化时，电子的平均自由程是一个主要考虑的因素。
根据金属导电理论的马德森(Mat h i e s s en)定则，金属中总电阻率ρ可有下式表示：式中ρr是杂质和缺陷对自由电子散射所引起的电阻率，在高纯度、低缺陷密度的纯金属中，可近似认为它与温度无关，只与材质的纯度和缺陷密度有关，称为剩余电阻率；ρi (T)是晶格热振动对自由电子散射引起的电阻率，是一个与温度T有关的量。
根据金属能带于理论计算表明，在高温区当T >Θ/2时可得显然ρi (T)与T成线性关系；但在低温区，当T<Θ/1 0时，ρi (T)却为式中A为常量，M是金属原子质量，Θ称为金属元素特征温度与德拜温度数值近似，可看作德拜温度Θ，如铜和铂的德拜温度分别为310K和225K。
显然，纯金属的电阻率在高温区主要以晶格对自由电子散射的贡献为主，呈ρ≈ρi (T)∝T关系；而在低温区晶格对电子散射的作用很弱，ρi (T)相对于：ρr认为可忽略，而主要由杂质作贡献，此时．ρ与温度T无关，呈ρ≈ρr关系。
图一示出了铂金属电阻R与温度T的关系曲线。
由图可见，在ΘD/3=75K处有良好的线性关系。
因此，只要足够纯的金属就可利用其R∝T的关系实现测温目的。
由此可见，作为电阻温度计的理想金属，除需要有高纯度(99．999％以上)、R—T关系线性好、有较低的德拜温度外，还要具有较好的稳定性和重复性，以及易加工等特性。
计算机仿真实验半导体热敏电阻的电阻—温度特性实验报告
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）RT = R∞ eB T（1）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①，B 是热敏电阻的材料常数， T 为热力学温度。
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 dRT RT 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 R x 组成一个四边形，其中 R x 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 RxSGAGCR2 R B ER0Sb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。
有 Rx =R1 R R0 ， 1 和 R0 都已知， R x 即可求出。
R0 为标准可变电阻，由有四个旋钮的电 R2 R2阻箱组成，最小改变量为 1Ω。
R1 称电桥的比率臂，由一个旋钮调节，它采用十进制固定 R2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。
用热敏电阻测量温度-实验报告
实验题目：用热敏电阻测量温度实验目的：了解热敏电阻的电阻-温度特性和测温原理，掌握惠斯通电桥的原理和使用方法，学习坐标、曲线改直的技巧和用异号法消除零点误差等方法。
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：Fe 3O 4、MgCr 2O 4等）的电阻与 温度关系满足式（1）：TBT e R R ∞= （1） 金属的电阻与温度的关系满足（2）：)](1[1212t t a R R t t -+= （2）根据定义，电阻的温度系数可由式（3）来决定：dtdR R a tt 1=（3）两种情况的电阻温度曲线如又图（1）图（2）所示。
热敏电阻的电阻-温度特性与金属的电阻-温度特性比较，有 三个特点：（1） 热敏电阻的电阻-温度特性是非线性的（呈指数下降），而金属的电阻-温度特性是线性的。
（2） 热敏电阻的阻值随温度的增加而减小，因此温度系数是负的（2TB a ∝）。
金属的温度系数是正的（dt dR a /∝）。
（3） 半导体电阻对温度变化的反应比金属电阻灵敏得多。
这些差异的产生是因为当温度升高时，原子运动加剧，对金属中自由电子的运动有阻碍作用，故金属的电阻随温度的升高而呈线性缓慢增加；而在半导体中是靠空穴导电，当温度升高时，电子运动更频繁，产生更多的空穴，从而促进导电。
2、惠斯通电桥的工作原理原理图如右图所示：若G 中检流为0，则B 和D 等势，故此时021R R R R x =，在检流计的灵敏度范围内得到R x 的值。
当B 和D 两点电位相等时，G 中无电流通过，电桥便达到了平衡。
平衡时必有021R R R R x =，R 1/R 2和R 0都已知，R x 即可求出。
R 1/R 2称电桥的比例臂。
021R R R R x =是在电桥平衡的条件下推导出来的。
电桥是否平衡是由检流计有无偏转来判断的,而检流计的灵敏度总是有限的。
引入电桥灵敏度S ，定义为：xx R R nS /∆∆=（4）式中ΔR x 指的是在电桥平衡后R x 的微小改变量（实际上待测电阻R x 若不能改变，可通过改变标准电阻R 0来测电桥灵敏度），Δn 越大，说明电桥灵敏度越高，带来的测量误差就越小。
电阻温度关系和减压降温技术
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其中M为原子质量，ΘD是德拜温度，其反映温度对晶格振动的影响。
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由微小石墨晶粒组成，呈各向异性， 具有多晶的性质，由于晶粒间存在晶界 ，会对电阻产生较大影响，因此不同的 碳膜电阻与温度的关系不同，难以确定 明确的R-T关系式。 碳膜电阻具有负电阻温度关系，可以 用来作为液氦温区下(4.5K)的温度计。
6.1 电阻温度关系和减压降温技术
<实验前的思考> 1. 材料的电阻率与什么有关？ 2. 怎样的材料适合作为电阻温度计？一般常用的温度计有几 种？
ห้องสมุดไป่ตู้
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<实验原理>
当电子在材料中运动时，它们会受到如下的影响： 1. 晶格热振动对运动电子的散射 晶格热振动是原子在平衡位置附近的微小振动，和温度有关，温度越高，振动 越激烈。晶格热振动对运动电子的散射，导致电阻率ρi(T)，ρi(T)称为本征电阻率， 与温度有关。 2. 杂质和缺陷对运动电子的散射 晶格中存在的杂质（替位、空位、间隙）和缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）对 运动电子的散射，导致电阻率ρr。如果材料很纯（即杂质和缺陷很少），则这种电 阻率ρr近似认为与温度无关， ρr称为剩余电阻率。 因此，材料的电阻率可以用马德森定律（Matthiessen)表示为： ρ ＝ρi(T) ＋ρr
300K）测量四个被测样品的电阻温度关系。
温度间隔：10K 样品恒流：100uA
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<数据处理>
分别画二极管、合金、铂（Pt）、碳膜电阻的R-T曲线，以及碳膜电阻的lgR －1/T曲线。
<思考题>
1. 二极管、合金、铂、碳膜电阻样品中哪些适合作为实验温区的电阻温度计？
计算机仿真实验半导体热敏电阻的电阻—温度特性实验报告
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）RT = R∞ eB T（1）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①，B 是热敏电阻的材料常数， T 为热力学温度。
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 dRT RT 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 R x 组成一个四边形，其中 R x 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 RxSGAGCR2 R B ER0Sb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。
有 Rx =R1 R R0 ， 1 和 R0 都已知， R x 即可求出。
R0 为标准可变电阻，由有四个旋钮的电 R2 R2阻箱组成，最小改变量为 1Ω。
R1 称电桥的比率臂，由一个旋钮调节，它采用十进制固定 R2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。
低温物理实验技术
对 流 热 交 换 器
压机
节流阀
阀门 杜瓦容器
图 4-0-1
林德机
种液化气的沸点温度 表 4-0-1 气体种类 O2 N2 H2 Ne 27.102
4
He
3
He
沸点温度 K 90.188 77.344 20.27
4.222
3.197
2. 利用制冷机循环来获得低温 利用液氮、液氦来使物体降温，要使用较为复杂的恒温器，同时又要消耗较多的液氮 和液氦。我国的氦资源较少，教学实验或一般测试，由于代价过高，难于广泛使用。故采 用封闭循环的小型制冷机来获取低温。 实验用的小型制冷机有 G-M 制冷机、 ST 制冷机、 SV 制冷机、VM 制冷机等。基本工作原理都是将高压氦气经绝热放气过程而实现降温，仅结构 和循环过程有所不同。它们的工作温度范围一般为 300K～10K，或再稍低一些。4.2K 以下 的低温可以利用减压降温使液氦进一步降温，或用稀释制冷机和绝热去磁法等。目前获得 的最低温度是mK 级，而能进行实验测试的低温是 2mK。
B C H1 H2 R
S
T
于低温液体的所需要的实验温度。 加热器 H 2 的作用 图 4-0-3 高真空绝热恒温器 是用它控制辐射屏的温度与样品温度一致，以减小 对样品的辐射漏热。高真空绝热恒温器的优点是： • 漏热小，因此可以精确地计量对样品升温所提供的热量；‚ 样品内温度均匀；ƒ 周围 环境变化对样品无影响，恒温时温度稳定；„ 样品升温时，低温液体消耗很少。 (3) 漏热式恒温器(见实验 4-1-2) 2. 低温温度测量 温度测量是低温物理实验中首要和基本的测量。各种温度测量方法有不同的原理、测 量范围、测量精度。应根据具体测试要求来选择。下面介绍几种常用的测温方法。 (1) 蒸汽压温度计 蒸汽压温度计是利用液态气体的饱和蒸汽压与温度的对应关系而制成的。将感温泡放 在待测点处，用压力传送管接到压力计上读出蒸汽压，查表即得温度。此温度计测量的温 区较窄，但是感温泡体积小，且不需进行修正，故仍经常使用。 (2) 热电偶温度计 热电偶温度计的基本原理是物理中的塞贝克效应。两根不同金属的细线如图 4-0-4 那 样连接起来，若两接点的温度 T1 ¹ T2 ，在回路中就会产生温差电势。温差电势的大小取决于
温度对电阻的影响和部分电路欧姆定律和串并联电路知识点及习题详解
科目： 物理 年级： 高一温度对电阻的影响和部分电路欧姆定律和串并联电路一、知识复习1．材料的电阻率与温度有关系①金属的电阻率随温度的升高而增大（可以理解为温度升高时金属原子热运动加剧，对自由电子的定向移动的阻碍增大。
）铂较明显，可用于做温度计；锰铜、镍铜的电阻率 几乎不随温度而变，可用于做标准电阻。
②半导体的电阻率随温度的升高而减小（可以理解为半导体靠自由电子和空穴导电，温度升高时半导体中的自由电子和空穴的数量增大，导电能力提高）。
③有些物质当温度接近 0 K 时，电阻率突然减小到零——这种现象叫超导现象。
能够发生超导现象的物体叫超导体。
材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的转变 温度 T C 。
我国科学家在 1989年把 T C 提高到 130K。
现在科学家们正努力做到室温超导。
注意：公式R＝I U是电阻的定义式，而R =ρ SL 是电阻的决定式 R 与U 成正比或 R 与I 成反比的说法是错误的，导体的电阻大小由长度、截面积及材料决定，一旦导体给定，即使它两端的电压 U ＝0，它的电阻仍然照旧存在。
2．欧姆定律⑴内容：导体中的电流跟它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比.⑵公式： R UI = .公式中U、R 和 I 三者的对应关系，即它们必须是同一段电路中的三个 物理量，不能搞混.(3)用图像表示：在 I-U 图像中，是过原点的一条直线，直线的斜率 R U Ik 1= = .在 U-I 图像中，也是过原点的一条直线，直线的斜率 R I Uk = = ¢ .⑷适用条件：适用于金属导电和电解液导电.对气体电离后导电和晶体二极管、晶体三极管导电不适用.RUI = （适用于金属导体和电解液，不适用于气体导电）。
电阻的伏安特性曲线：注意 I-U 曲线和 U-I 曲线的 区别。
还要注意：当考虑到电阻率随温度的变化时，电 阻的伏安特性曲线不再是过原点的直线。
3．串、并联电路的特点及其性质： 串联电路的特点：①电 流 n I I II = ¼ = = = 2 1 ②电 压 n 2 1 U U UU + ¼ + + = IOU O IU 1 21 2R 1<R 2R 1>R2③电 阻 n 2 1 R R RR + ¼ + + = ④电压分配21 2 1R R U U = , RRU U nn = ⑤功率分配21 2 1R R P P = , RRP P nn = 并联电路的特点：①电 流 n 2 1 I I II + ¼ + + = ②电 压 n U U UU = ¼ = = = 2 1 ③电 阻n 2 1 11 1 1 R R R R + ¼ + + = ④电流分配12 2 1R R I I = ,11R R I I = ⑤功率分配12 2 1 R R P P = 11R R P P = 二、典型例题1．下列关于电阻率的叙述，错误的是（）A．当温度极低时，超导材料的电阻率会突然减小到零 B．常用的导线是用电阻率较小的铝、铜材料做成的 C．材料的电阻率取决于导体的电阻、横截面积和长度 D．材料的电阻率一般都随随温度变化而变化2．一只白炽灯泡，正常发光时的电阻为 121Ω，当这只灯泡停止发光一段时间后的电阻应 是（）A．大于 121Ω B．小于 121Ω C．等于 121ΩD 无法判断3．如图所示，是两个电阻 R1、R 2 的 I －U 图线，将 R 1、R 2 并联后 的电阻为R ，则电阻 R 的I －U 图线在图中（ ）A．区域Ⅰ B．区域Ⅱ C．区域Ⅲ D．不能确定4． 实验室用的小灯泡灯丝的 I-U 特性曲线可用以下哪个图象来表示（）5．如图所示，给定两只标有"110 V 40 W”的灯泡L l和标有“110V 100W”的灯泡L2及 一只最大阻值 500 Ω 的滑动变阻器，将它们接在220 V 的电路中， A、B、C、D 所示的 四种接法中，最合理的是哪一种?（ ）三、课后练习1．关于电阻率，以下说法中正确的是（ ）A．纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大，绝缘体的电阻率最大B．纯金属的电阻率随着温度的升高而减小C．超导体的电阻率为零，所以在任何温度下对电流都没有阻碍作用D．电阻率的大小只随温度的变化而变化，而与材料本身无关2．导体Ⅰ、Ⅱ的材料和横截面积均相同，将它们分别接在电源上，测得它们的 I－U 图象 如图所示，则(1)两导体的电阻之比R1∶R2＝______；(2)两导体串联接入电路中时的电压之比U1∶U2＝______；(3)两导体并联接入电路中时，其中的自由电子定向移动的速度之比 v1∶v2＝______。
电力设备的温升分析与冷却设计
电力设备的温升分析与冷却设计电力设备在运行过程中，会产生大量的热量，而高温对电力设备的可靠性和寿命会产生负面影响。
因此，对电力设备的温升进行分析和设计合理的冷却系统，是确保设备正常运行的重要环节。
一、温升分析电力设备的温升主要来源于以下几个方面：1. 导线、绕组和接线端子的电阻：电力设备中的电流通过导线、绕组和接线端子等部分时，会产生一定的电阻。
根据欧姆定律，电阻产生的热量与电流和电阻值有关，热量会使得设备的温度升高。
2. 磁性材料的损耗：电力设备中使用的一些磁性材料，如铁芯、变压器和电感器等，在磁场作用下会有一定的磁滞损耗和涡流损耗。
磁滞损耗和涡流损耗会以热量的形式释放出来，导致设备温升。
3. 磁线圈和磁场的交互作用：电力设备中的磁线圈和磁场之间会有相互作用，产生一定的磁感应强度变化。
这种磁感应强度变化会导致涡流和能量损耗，在温升的角度来看，也会对设备的温度造成影响。
二、冷却设计为了降低电力设备的温升，确保设备正常运行，需要进行合理的冷却设计。
常见的电力设备冷却方式有以下几种：1. 自然冷却：自然冷却是指通过自然对流、辐射散热和传导等方式来降低设备的温度。
自然冷却方式一般适用于小型设备和低功率设备，其优点是结构简单、无需附加能耗，但散热效果相对较差。
2. 强制风冷却：强制风冷却是指通过风扇或风叶等装置，将外界空气强制引入设备内部，加速热量的散发。
强制风冷却方式适用于中型到大型设备和中高功率设备，其优点是散热效果较好，但需要额外的能耗。
3. 水冷却：水冷却是通过将循环水引入设备内部，将热量带走的方式。
水冷却方式适用于功率较大的设备，其散热效果好，但需要建设冷却水系统，并且对水质有一定要求。
4. 油冷却：油冷却是通过将冷却油引入设备内部，利用油的高导热性和较大的比热容将热量带走的方式。
油冷却方式适用于高功率设备和容器，油的散热效果好，但需要建设冷却油系统，并且对油质有一定要求。
三、温升分析与冷却设计的关系温升分析是为了计算电力设备在运行过程中产生的热量，并评估热量是否超出了设备的温度承受极限。
实验12PN结正向压降与温度关系的研究
实验12 PN 结正向压降与温度关系的研究随着半导体工艺水平的不断提高和发展,半导体PN 结正向压降随温度升高而降低的特性使PN 结作为测温元件成为可能,过去由于PN 结的参数不稳,它的应用受到了极大限制,进入二十世纪七十年代以来,微电子技术的发展日趋成熟和完善,PN 结作为测温元件受到了广泛的关注。
温度传感器有正温度系数传感器和负温度系数传感器之分，正温度系数传感器的阻值随温度的上升而增加，负温度系数传感器的阻值随温度的上升而减少，热电偶、热敏电阻，测温电阻属于正温度系数传感器，而半导体PN 结属于负温度系数的传感器。
这两类传感器各有其优缺点，热电偶测温范围宽，但灵敏度低，输出线性差，需要设置参考点；而热敏电阻体积小，灵敏度高，热响应速度快，缺点是线性度差；测温电阻如铂电阻虽然精度高，线性度好，但灵敏度低，价格高。
相比之下，PN 结温度传感器有灵敏度高，线性好，热响应快和体积小的优点，尤其在数字测温，自动控制和微机信号处理方面有其独特之处，因而获得了广泛的应用。
一.实验目的1． 了解PN 结正向压降随温度变化的基本关系，测定PN 结F F V I -特性曲线。
2． 测绘PN 结正向压降随温度变化的关系曲线，确定其灵敏度及PN 结材料的禁带宽度。
3． 学会用PN 结测量温度的一般方法。
二.实验仪器．SQ-J 型PN 结特性测试仪，三极管（3DG6），测温元件，样品支架等。
三．实验原理1．PN 结F F V I -特性的测量由半导体物理学中有关PN 结的研究可以得出PN 结的正向电流F I 与正向电压F V 满足以下关系；F I =s I （exp kTeV F -1） ⑴ 式中e 为电子电荷量、k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度，s I 为反向饱和电流，它是一个与PN 结材料禁带宽度及温度等因素有关的系数，是不随电压变化的常数。
由于在常温（300K ）下，kT/q=0.026,而PN 结的正向压降一般为零点几伏,所以expkTeV F 》1,上式括号内的第二项可以忽略不计,于是有kTeV Is I F F exp = ⑵ 这就是PN 结正向电流与正向电压按指数规律变化的关系,若测得半导体PN 结的F F V I -关系值,则可利用上式以求出e/kT.在测得温度T 后,就可得到e/k 常数,将电子电量代入即可求得玻尔兹曼常数k 。
ntc电阻温度升温曲线预测
ntc电阻温度升温曲线预测【实用版】目录一、NTC 热敏电阻简介二、NTC 热敏电阻的特性三、NTC 热敏电阻温度计算公式四、NTC 热敏电阻温度升高曲线预测方法五、NTC 热敏电阻在实际应用中的意义正文一、NTC 热敏电阻简介TC（Negative Temperature Coefficient）热敏电阻，即负温度系数热敏电阻，是一种随着温度升高而电阻值降低的电阻。
其主要特点是在室温下具有较高的电阻值，而在温度升高时，其电阻值会逐渐降低。
这种特性使得 NTC 热敏电阻在温度检测、温度补偿等领域具有广泛的应用。
二、NTC 热敏电阻的特性1.NTC 热敏电阻的电阻值与温度呈线性关系，即每升高 1℃，其电阻值降低一个固定值。
2.NTC 热敏电阻的电阻值在室温下较高，通常在几百到几千欧姆之间。
3.NTC 热敏电阻的电阻值在温度升高时逐渐降低，其降低幅度与所处温度成正比。
三、NTC 热敏电阻温度计算公式TC 热敏电阻的温度计算公式为：Rt = R0 * (1 - A * T + B * T^2 - C * T^3 + D * T^4)其中，Rt 为当前温度下的电阻值，R0 为室温下的电阻值，A、B、C、D 为 NTC 热敏电阻的参数，T 为温度。
四、NTC 热敏电阻温度升高曲线预测方法通过对 NTC 热敏电阻在不同温度下的电阻值进行数据采集，可以绘制出 NTC 热敏电阻的温度 - 电阻曲线。
根据该曲线，可以预测 NTC 热敏电阻在不同温度下的电阻值，从而实现对温度的预测。
五、NTC 热敏电阻在实际应用中的意义TC 热敏电阻广泛应用于自动控制、电子测量、温度补偿、过热保护等领域。
例如，在自动控制系统中，可以通过 NTC 热敏电阻实现对温度的实时监测，并根据温度变化调整控制策略，以实现对设备的有效控制。
在电子测量领域，NTC 热敏电阻可以用于精确测量温度，并将温度信号转换为电信号，便于进行数据处理和分析。
不同温度下阻值计算
不同温度下阻值计算全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：在物理学中，电阻是电路中电流通过时遇到的阻碍，通常用符号R 表示，单位是欧姆（Ω）。
电阻的大小与电阻器的材料、长度、横截面积、温度等因素有关。
在不同的温度下，电阻的数值会发生变化，这是因为温度会改变材料的电阻率。
一般来说，随着温度的升高，金属的电阻率会增加，而半导体材料的电阻率则会减小。
这意味着在高温环境下，金属导体的电阻会增大，而半导体材料的电阻会减小。
这个现象在实际电路中往往被忽略，因为电阻值的改变很小，只有在特定的应用场景下才需要考虑温度对电阻的影响。
那么在不同温度下如何计算电阻值呢？我们需要了解材料的电阻率随温度变化的规律。
对于金属材料来说，电阻率随温度的升高而增加，可以用以下公式表示：ρ(T) = ρ0 [1 + α (T - T0)]其中ρ(T)是温度为T时的电阻率，ρ0是参考温度T0下的电阻率，α是电阻率温度系数。
如果我们知道了材料在参考温度下的电阻率和温度系数，就可以根据上面的公式计算出任意温度下的电阻率。
有了电阻率，我们就可以计算出不同温度下的电阻值。
电阻值R与电阻率ρ、长度l以及横截面积A之间的关系是：R = ρ * l/A根据上面的公式和材料在不同温度下的电阻率，我们可以计算出不同温度下的电阻值。
需要注意的是，在实际计算中，要考虑到材料的线性温度系数，因为这会影响电阻值的准确性。
除了金属材料外，对于半导体材料来说，电阻率随温度的变化规律是不同的。
通常来说，半导体材料的电阻率随温度的升高而减小，这是因为在较高温度下，半导体材料中的载流子会增多，电导率也会增加。
对于半导体材料，在不同温度下计算电阻值时，需要考虑到这一点。
不同温度下的电阻值计算需要考虑材料的电阻率随温度变化的规律，以及电阻与电阻率、长度、横截面积之间的关系。
在实际应用中，要根据具体的材料和温度条件来进行计算，以确保电路的正常工作。
【这里可以添加一些实际案例或者做一些拓展讨论】。
电阻高低温老化处理
电阻高低温老化处理电阻这东西呢，在各种电子设备里都超级重要。
那高低温老化处理就是给电阻来一场特殊的“考验”。
你想啊，在不同的温度环境下，电阻的性能可能就会发生变化。
高温的时候，电阻可能就像人在大太阳下暴晒一样，会变得有点“晕乎乎”，性能可能就不稳定了。
低温呢，又像是把电阻丢进了冰窖里，它也可能会出现一些小状况。
所以这个高低温老化处理啊，就是把电阻放在高温和低温的环境里，让它待上一段时间，就像是让它去经历一场特殊的旅行，看看它在这种极端的温度环境下，性能会发生什么样的变化。
这就好比是给电阻做一个全面的“体检”，看看它是不是足够坚强，能不能在各种温度下都好好地工作。
二、为啥要做高低温老化处理呢。
这可太重要啦！要是我们在电子设备里用了一个没有经过高低温老化处理的电阻，那就可能会出大问题哦。
比如说，我们把这个设备放在高温的环境里，像夏天大太阳下的汽车里，那电阻要是因为没经过这种考验，性能突然变得很差，整个设备可能就会出现故障啦。
这就像我们找小伙伴一起去冒险，如果这个小伙伴没有经过任何的训练，一遇到困难就不行了，那可就麻烦了。
对于电子设备来说，电阻就像是其中的一个小伙伴，我们得确保它在各种温度下都能很靠谱。
而且，通过高低温老化处理，我们还能发现电阻在生产过程中可能存在的一些小缺陷呢。
就像是给电阻做一个深度的“扫描”，把隐藏的小毛病都找出来，这样生产出来的电阻质量就更高啦。
三、高低温老化处理的具体过程。
1. 准备工作。
我们得先找一个专门的高低温试验箱。
这个箱子可神奇了，它就像是一个能变换温度的魔法盒子。
然后呢，把要进行老化处理的电阻小心翼翼地放进去。
这就像把我们的小宝贝放进一个特殊的小房间里一样。
2. 高温老化。
先把试验箱的温度调到高温，这个高温的数值是根据电阻的类型和使用环境来确定的哦。
然后让电阻在这个高温环境里待上一段时间。
在这个过程中，电阻就像是在接受一场高温的挑战。
它内部的结构啊，可能会发生一些微小的变化，但是如果它是一个好电阻，就能够经受住这种考验，性能不会有太大的变化。
20℃导体电阻
20℃导体电阻
摘要：
一、导体电阻的基础知识
1.导体电阻的定义
2.导体电阻的单位
3.导体电阻与导体材料的关系
二、20℃导体电阻的特点
1.20℃的温度对导体电阻的影响
2.20℃导体电阻的一般范围
3.20℃导体电阻的应用领域
三、导体电阻的测量方法
1.欧姆定律
2.伏安法
3.四线法
四、导体电阻的影响因素
1.温度
2.导体材料
3.导体长度
4.导体横截面积
五、减小导体电阻的方法
1.选择合适的导体材料
2.控制导体长度
3.增大导体横截面积
4.降低环境温度
正文：
导体电阻是指导体对电流的阻碍作用，它的大小与导体的材料、长度、横截面积以及温度有关。
在20℃的温度下，导体电阻具有一定的特点和应用领域。
在20℃的环境中，导体电阻受温度影响较小，此时的导体电阻一般范围在几欧姆到几百欧姆之间。
在这个温度下，导体电阻可以应用于很多领域，例如家用电器、通信设备、交通工具等。
导体电阻的测量方法有很多种，其中最常用的方法是欧姆定律。
欧姆定律指出，电阻R等于电压V与电流I的比值，即R=V/I。
另外，伏安法也是一种常用的测量方法，它通过测量通过导体的电流和电压来计算导体电阻。
四线法则是测量高精度电阻的方法，它能够消除接触电阻和引线电阻的影响。
导体电阻的影响因素有很多，其中最重要的是温度。
一般来说，温度升高，导体电阻会增大。
此外，导体材料、长度和横截面积也会影响导体电阻。
为了减小导体电阻，我们可以选择合适的导体材料，控制导体长度，增大导体横截面积，以及降低环境温度。
电阻降压的正确方法
电阻降压的正确方法
电阻降压是一种常见的电路设计技术，用于降低电路中的电压。
正确使用电阻降压技术可以确保电路的稳定性和安全性。
以下是一
些正确方法：
1. 选择合适的电阻数值，在进行电阻降压设计时，需要选择合
适数值的电阻，以确保所需的电压降低能够得到满足。
通常情况下，可以使用欧姆定律来计算所需的电阻数值。
2. 考虑功率耗散，在选择电阻数值时，需要考虑电阻的功率耗散。
确保所选用的电阻能够承受所需的功率，避免电阻过载而导致
损坏。
3. 确保连接正确，在实际连接电阻时，需要确保连接正确，避
免引起短路或接触不良的问题。
此外，还需要注意电阻的引线长度
和连接方式，以减小电阻对电路的影响。
4. 考虑温度漂移，在一些高精度要求的电路中，需要考虑电阻
的温度漂移问题。
选择温度稳定性较好的电阻，或者采取补偿措施，以确保电路的稳定性。
5. 定期检查和测试，一旦电阻降压电路安装完成，需要定期检查和测试电阻的性能，确保其工作正常。
特别是在高温或高湿度环境下，需要加强检查和维护。
总的来说，正确使用电阻降压技术需要考虑电阻数值、功率耗散、连接方式、温度漂移等因素，以确保电路的稳定性和安全性。
在设计和使用过程中，需要严格遵循相关的电路设计规范和安全标准，确保电路的可靠性和稳定性。
温度对电阻的影响实验研究
总结与展望
本章回顾了本研究的主要内容和成果，强调了温 度对电阻的影响规律。同时，分析了研究存在的 局限性，并提出了改进建议。重点强调了本研究 对电阻温度特性研究领域的贡献，以及可能对相 关研究和工程应用的启示。最后展望了未来在该 研究领域的发展方向，提出了可能的新思路和研 究方向。
● 07
温度补偿电 路
设计温度补偿电 路以稳定电阻值
进一步研究
不同材料的电阻
尝试不同材料的电阻来研 究其温度特性
复杂电路中的温度 影响
探索更复杂电路中温度的 影响机制
温度对电路优化的影 响
研究温度对电路优化的影 响，提高性能
未知材料的开发
研究未知材料的电阻特性 及温度变化情况
研究成果对电子 工程领域的指导
第7章 结语
感谢致辞
感谢支持和帮助过本研究的所有人 01 员
包括指导老师、实验室同事等
02 感谢实验室和学校提供的支持条件
实验仪器、实验场地等
03
参考文献
期刊文章
作者, 标题, 期刊, 年份
会议论文
作者, 标题, 会议, 年份
专著
作者, 书名, 出版社, 年份
网络资料
网址链接, 访问时间
问题讨论
03 对电路设计的启示
根据实验数据启发电路设计
● 02
第2章 实验设计
实验装置
精密电阻计 测量电阻值
精确测量电阻值
温度传感器 监测温度变
化
实时监测温度变 化
恒温箱控制 温度
确保温度稳定
实验步骤
设定恒温箱 温度
设置所需的温度 值
测量不同温 度下电阻值
记录不同温度下 的电阻值
将电阻样品 放入恒温箱
电阻散热方法
电阻散热方法嘿，咱今儿就来聊聊电阻散热方法这档子事儿！你可别小瞧这电阻散热，它就像是一台机器的“清凉小助手”呢！想象一下，电阻在工作的时候，那可就跟咱人跑步似的，会产生热量呀。
要是不把这些热量给散出去，那可不得“发烧”啦！那怎么给它散热呢？一种常见的方法就是风冷啦！就好像夏天咱热得不行了，吹吹凉风就会舒服很多。
电阻也一样呀，让风呼呼地吹过它，把热量带走。
这不就像给电阻来了一场凉爽的“微风按摩”嘛！还有呢，水冷也是个不错的办法哟！就好比咱热了去冲个凉水澡，立马就清爽了。
给电阻也来这么一套“凉水浴”，让水把热量带走，它不就凉快下来啦！不过这可得注意啦，别让水漏出来弄出啥麻烦来哟！再说说散热片吧，这就像是给电阻穿上了一件特别的“散热铠甲”。
这些散热片能把热量迅速地扩散开来，让电阻不会热得受不了。
你说神奇不神奇？哎呀，咱生活里不也有类似的情况嘛！就像咱运动完了会出汗散热一样，电阻也有它自己的“出汗”方式呢。
咱得根据不同的情况，选择最合适的散热方法呀。
不然电阻“热坏了”，那可就麻烦大啦！比如说，在一些小电器里，可能风冷就够啦，简单又方便。
但要是在一些大功率的设备里，那可能就得用水冷或者更厉害的散热方式咯。
这就跟咱人一样，小感冒吃点药就行，要是生了大病，那可得去医院好好治疗啦！咱可得重视电阻散热这事儿呀，别不当回事儿。
不然等出了问题再后悔，那可就来不及咯！所以呀，好好对待电阻的散热，就像咱好好照顾自己一样重要呢！你说是不是这个理儿？总之呢，电阻散热方法有很多，咱得根据实际情况来选择，让电阻能舒舒服服地工作，咱也能安安心心地使用各种电器设备呀！这样咱们的生活才能更加顺畅、更加美好呀！你说对不对呀？。
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<实验前的思考> 1. 材料的电阻率与什么有关？ 2. 怎样的材料适合作为电阻温度计？一般常用的温度计有几 种？
1
<实验原理>
当电子在材料中运动时，它们会受到如下的影响： 1. 晶格热振动对运动电子的散射 晶格热振动是原子在平衡位置附近的微小振动，和温度有关，温度越高，振动 越激烈。晶格热振动对运动电子的散射，导致电阻率ρi(T)，ρi(T)称为本征电阻率， 与温度有关。 2. 杂质和缺陷对运动电子的散射 晶格中存在的杂质（替位、空位、间隙）和缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）对 运动电子的散射，导致电阻率ρr。如果材料很纯（即杂质和缺陷很少），则这种电 阻率ρr近似认为与温度无关， ρr称为剩余电阻率。 因此，材料的电阻率可以用马德森定律（Matthiessen)表示为： ρ ＝ρi(T) ＋ρr
3. 为什么要采用微小电流进行测量？
7
2
其中M为原子质量，ΘD是德拜温度，其反映温度对晶格振动的影响。
3
4
由微小石墨晶粒组成，呈各向异性， 具有多晶的性质，由于晶粒间存在晶界 ，会对电阻产生较大影响，因此不同的 碳膜电阻与温度的关系不同，难以确定 明确的R-T关系式。 碳膜电阻具有负电阻温度关系，可以 用来作为液氦温区下(4.5K)的温度计。
• 对于二极管PN结
PN结正向电阻与温度呈负电阻温度 关系，并且具有良好的线性关系，可以 作为温度计。
5
<实验内容>
• 采用液氮制冷，通过液氮泵向杜瓦瓶内充入液 氮，让恒温块浸入液氮中，使得恒温块内的四 个被测样品：二极管、合金、铂（Pt）、碳膜电 阻降温至液氮温度77.4K。 • 然后采用提拉法升温，在升温过程中（77.4K－
300K）测量四个被测样品的电阻温度关系。
温度间隔：10K 样品恒流：100uA
6
<数据处理>
分别画二极管、合金、铂（Pt）、碳膜电阻的R-T曲线，以及碳膜电阻的lgR －1/T曲线。
<思考题>
1. 二极管、合金、铂、碳膜电阻样品中哪些适合作为实验温区的电阻温度计？
2. 为什么要在回路中串联标准电阻？