Параметры и характеристики терморезисторов.
Современные терморезисторы изготовляются из многих полупроводниковых материалов. Для этой цели применяются германий Ge, кремний Si, карбид кремния SiO и другие. Однако подавляющее большинство промышленных типов терморезисторов созданы на основе окислов переходных металлов (Mn, Cо, Ni, Cu, V и др.). Изготовляются терморезисторы, как правило, спеканием порошковых материалов в форме бусинок, стержней, дисков.
К основным параметрам терморезисторов с отрицательным ТКС относятся:
· габаритные размеры;
· величина сопротивления Rt при определенной температуре (20 °C или 150 °С для высокотемпературных терморезисторов);
· ТКС в % на 1 °С при t°;
· постоянная времени характеризующая тепловую инерционность терморезисторов (время, за которое температура терморезисторов изменяется на 63% от разности температуры образца и среды);
· максимально допустимая температура;
· максимально допустимая мощность рассеяния;
· коэффициент энергетической чувствительности в Вт/% – R, равный мощности, которую нужно рассеять на терморезисторе для уменьшения его сопротивления на 1%.
Одним из важнейших характеристик терморезисторов являются статические вольтамперные характеристики. На рис. представлена типичная ВАХ терморезистора с отрицательным ТКС. На начальном участке характеристика близка к линейной, так как при малых токах мощность рассеяния мала для тока чтобы нагреть терморезистор. Дифференциальное сопротивление dU/dI>0. При дальнейшем повышении силы тока терморезистор нагревается, его сопротивление уменьшается. При некотором значении Im напряжение становятся максимальным Um, а затем из-за сильного уменьшения сопротивления U падает, и величина становится отрицательной.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомитесь с схемой установки
| | |
220В
50Гц
 |
220В
50Гц
1. Объект исследования.
2. Измерительное устройство.
2. Подключите сетевые шнуры измерительного устройства и объекта исследования к сети и включите установку выключателями СЕТЬ на задней панели измерительного устройства и передней панели объекта исследования. При этом на индикаторе Ом измерительного устройства должны установиться нули (допускается индикация до значения 2 младшего разряда), а на индикаторе оС – температура окружающей среды. Остальные индикаторы устройства измерительного не должны светиться. На объекте исследования должен светиться индикатор СЕТЬ и не светиться индикатор ВЕНТ.
3. Дать погреться в течение 5 мин.
4. Переключателем ОБРАЗЕЦ, расположенным на передней панели объекта исследования, выберите образец, сопротивление которого будет исследоваться.
«1»-металл (медь);
«2»-сплав с низким температурным коэффициентом сопротивления (манганин или константан);
«3»-полупроводник (полупроводниковый терморезистор);
«0»-измерительный вход измерительного устройства закорочен.
5. Измерение сопротивления образца при нагреве производите в следующем порядке.
6. Нажмите кнопку НАГРЕВ измерительного устройства (при этом индикатор НАГРЕВ должен засветиться).
7. Наблюдая за индикатором оС, (его показания должны возрастать), при достижении необходимой температуры измерения (ряд температур измерения рекомендуется выбирать через 5 или 10 оС) нажмите кнопку СТОП ИНД (при этом индикатор СТОП ИНД должен светиться) и снимите показания с индикатора Ом. Нажмите кнопку СТОП ИНД (при этом индикатор СТОП ИНД погаснет). Показания занесите в таблицу 1.
8. Проделывая аналогичные действия при достижении каждой температуры измерений из выбранного ряда, получите данные для построения зависимости сопротивления образца от температуры при нагреве.
9. При достижении максимальной температуры нагрева (100…120 оС), нажмите кнопки НАГР и ВЕНТ объекта исследования (или сразу кнопку ВЕНТ). При этом должен погаснуть индикатор НАГРЕВ измерительного устройства и засветиться индикаторы ВЕНТ устройства измерительного и объекта исследования.
10. Наблюдая за индикатором оС (его показания должны понижаться), при достижении необходимых температур измерения по вышеупомянутому ряду температур, включая и выключая режим СТОП ИНД с помощью одноименной кнопки и снимая показания с индикатора Ом, получите данные для построения зависимости сопротивления образца от температуры при охлаждении. Показания занесите в таблицу 2.
11. Переключателем ОБРАЗЕЦ, расположенным на передней панели объекта исследования, выберите второй образец, сопротивление которого будет исследоваться и проделайте действия согласно п.5.
12. Переключателем ОБРАЗЕЦ, расположенным на передней панели объекта исследования, выберите третий образец, сопротивление которого будет исследоваться и проделайте действия согласно п.5.
таблица 1.
| № | Образец | |||||||||||
| Металл | t оС | |||||||||||
| R Ом | ||||||||||||
| Сплав | t оС | |||||||||||
| R Ом | ||||||||||||
| Полупр. | t оС | |||||||||||
| R Ом |
таблица 2.
| № | Образец | |||||||||||
| Металл | t оС | |||||||||||
| R Ом | ||||||||||||
| Сплав | t оС | |||||||||||
| R Ом | ||||||||||||
| Полупр. | t оС | |||||||||||
| R Ом |
13. Для определения ширины запрещенной зоны материала используем формулу (6)
Перечень контрольных вопросов
1. Что представляют собой проводники и полупроводники с точки зрения зонной теории?
2. Что такое электропроводность (сопротивление), какова ее (его) количественная характеристика? (Классические и квантово-механические представления).
3. Как зависит электропроводность (сопротивление) металлов и полупроводников от температуры? Объясните различие в изменении их электропроводности в зависимости от температуры.
4. Объясните собственную и примесную проводимость полупроводников. Как влияет на электропроводность полупроводника различная степень его легирования?
5. Какова сущность электрон-примесного и электрон-фононного рассеяния?
6. Объясните сущность правила Матиссена.
7. Выведите формулу, используемую в работе, для определения температурного коэффициента сопротивления металлов.
8. Выведите формулу для определения ширины запрещенной зоны полупроводника.
9. Перечислите технологическое применение полупроводников.
10. Что такое терморезисторы и почему полупроводники используют в качестве материала для терморезисторов? Из каких конкретно полупроводниковых материалов изготавливают терморезисторы?
11. Объясните температурную зависимость концентрации носителей заряда в собственных и примесных полупроводниках.
12. Объясните зависимость электропроводности и сопротивления от температуры собственных и примесных полупроводников.
13. Каков вид вольт-амперной характеристики терморезисторов? Объясните зависимость U(I).
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Савельев И.В., Курс общей физики. В 3-х т. -М.: Наука, 1982. Т.2. С. 104-106, 229-231; Т.3. С. 192-206.
2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. -М.: Высшая школа, 1989. С. 195-202, 501-504, 512-523.
3. Трофимова Т.И. Курс физики. -М.: Высшая школа, 1994. С. 436-438, 439-441, 443-451.
Лабораторная работа
«ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТА ХОЛЛА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ»
Цель работы: Определить значение эффекта Холла при изменении величины и направления тока через объект исследования (датчик Холла) и через электромагнит, постоянной Холла и концентрацию носителей заряда.