Изучение свойств терморезисторов

Цель работы

1 Ознакомиться на практике с методами определения параметров терморезисторов, изготовленных из полупроводниковых материалов.

2 Получить практические навыки измерения сопротивления терморезисторов при изменении температуры.

3 Освоить методику построения графиков зависимости R=f(t ) и ln =f( ).

4 Получить навыки работы со справочной литературой.

5 Освоить метод практического определения ширины запрещённой зоны полупроводниковых материалов.

Оборудование:

1. измерительный мост – УПИП60М;

2. термошкаф;

3. термометр;

4. образец терморезистора.

Общие указания

При выполнении работы необходимо руководствоваться общими правилами техники безопасности при работах в лаборатории.

Краткие теоретические сведения

1 Для выполнения задания следует повторить материал соответствующей лекции. При подготовке к лабораторной работе необходимо обратить особое внимание на физическую сущность основных параметров полупроводниковых материалов, таких как:

ρ – электропроводность (собственная и примесная );

- ширина запрещенной зоны;

μ μ_р – подвижность носителей.

Ширина запрещенной зоны полупроводниковых материалов может быть определена практически с помощью графика ln =f( ) – логарифм проводимости от температуры (рисунок 10).

f ( )

ln γ

Рис. 10

1 – участок примесной проводимости;

2 – истощения примеси;

3 – участок собственной проводимости;

β - угол, образованный касательной, проведённой от максимального участка собственной проводимости до пересечения с осью f ( ).

2 Полупроводниковыми терморезисторами называют объёмные нелинейные сопротивления, изготовленные из полупроводникового материала с большим отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, у которых с изменением температуры изменяется сопротивление.

В качестве материалов для терморезисторов широко применяются окислы различных металлов, обладающие свойствами полупроводников. К полупроводниковым относятся окислы меди, цинка, кадмия, марганца, никеля и др.

Закись меди получают в виде слоя на поверхности медных пластин их окислением при высокой температуре. Закись меди имеет малиново-красный цвет и является полупроводником с дырочной проводимостью. Электронно-дырочный переход образуют термообработкой пластин со слоем в окислительной атмосфере. При этом происходит диффузия в оксидный слой: со стороны газовой среды – кислорода, играющего роль акцептора, со стороны медного основания – атомы меди, легко отдающих электроны, в результате образуется p-n переход.

Окись марганца, поликристаллический Mn O имеет резко падающую зависимость сопротивления от температуры, что позволяет использовать его для терморезисторов с отрицательным α . Для этой цели применяют также смеси оксидных полупроводников, такие как Cu O-Mn O и NiO--Mn O и др.

Основной характеристикой терморезистора является зависимость сопротивления от температуры, которая показана на рисунке 11.

Рис. 11

3 К числу основных параметров терморезисторов относятся следующие:

- «Холодное сопротивление» Rо – сопротивление терморезистора при температуре окружающей среды (20 или 25 С);

- коэффициент температурной чувствительности В, который легко определить экспериментально, измерив сопротивление терморезистора при 2-х температурах;

В= ln , (1)

где То – начальная температура;

Т – измеряемая температура;

R - сопротивление терморезистора при изменениях температуры.

Температурный коэффициент сопротивления α показывает относительное изменение абсолютной величины сопротивления при изменении температуры на 1 С и выражается в %/град, величина α определяется из выражения:

α =- (2)

Зная значение В, можно определить α для любой температуры терморезистора Т, для которой определяется это значение.

Порядок выполнения работы

1 Исследуемый терморезистор помещается в термошкаф, температура в котором контролируется термометром. Выводы терморезистора подключаются к клеммам измерительного моста (рисунок 12). Замерить Ro терморезистора при температуре окружающей среды.

Рис. 12

Для снятия температурной характеристики терморезистора включить шкаф.

2 Замерить сопротивление R терморезистора для 6-7 значений температуры.

3 Рассчитать параметры терморезистора В, α согласно формулам (1) и (2).

4 Построить график зависимости R =f(t ) и lnγ=f( ), где γ=

5 Определить ширину запрещённой зоны ∆W (формула 3). На графике lnγ=f( ) найти угол β наклона прямой, определяющей собственную проводимость материала до пересечения с осью (рис. 5): и вычислить tgβ.

tgβ= , (3)

где W – ширина запрещённой зоны;

k – постоянная Больцмана.

6 Результаты измерений и расчётов занести в таблицу 6.

Таблица 6

Температура		Сопротивление R, Ом	Коэффициент температурной чувствительности В, К	Температурный коэффициент сопротивления α , %/град.		γ	lnγ
t, C	Т, K
20
80

7 По результатам расчёта определить тип терморезистора.

Основные параметры некоторых терморезисторов приведены в таблице 7.

Таблица 7

Основные параметры некоторых типов терморезисторов

Тип терморезистора	α , %/град.	В, К	Сопротивление при 20 С, кОм	Интервал рабочих температур, С
ММТ-1	2.4-3.4	2060-2920	1-200	-70+120
ММТ-4	До 3.4	-	1-200	-70+120
КМТ-10	4.5-6.0	-	100-3000	0+120
СТ1-17	4.2-7.0	3600-6000	-	-60+120
Т8С1М	1-5.8	1600-5000	150	-

Содержание отчёта

1 Отчёт устанавливается по установленной форме.

2 В выводах по работе провести:

- анализ графиков R =f(t ) и lnγ=f( );

- указать тип терморезистора;

- определить значение W полупроводникового материала, используемого в терморезисторе.

Контрольные вопросы

1 Каковы основные параметры полупроводниковых материалов?

2 Как классифицируются полупроводниковые материалы?

3 Как зависит электропроводность полупроводников от температуры?

4 Каким образом получается p-n переход в закиси меди?

5 Какие материалы применяют для изготовления терморезисторов?

6 Какими основными параметрами обладают терморезисторы?

7 Какова методика практического определения ?

Лабораторная работа №6