Принцип действия термосопротивлений

Термосопротивления (термисторы) - полупроводниковые приборы, принцип действия которых основан на зависимости электрической проводимости полупроводников от температуры. Сопротивление терморезисторов при комнатной температуре лежит в пределах от нескольких Ом до десятков MОм.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) терморезистора (рис. 4) представлена тремя основными участками: ОА, АВ и ВС. На начальном участке ОА характеристика линейна, т.к. при малых токах мощность, выделяющаяся в термисторе за счет джоулева тепла, мала и заметно не влияет на его температуру. На участке АВ линейность характеристики нарушается. С ростом тока температура термистора за счет джоулева тепла повышается, а его сопротивление, вследствие увеличения концентрации носителей зарядов (электронов и дырок) уменьшается. На конечном участке ВС характеристика становится почти параллельной оси абсцисс, что делает возможным применение некоторых типов терморезисторов для стабилизации напряжения.

Рис. 4. Вольтамперная характеристика терморезистора.

Зависимость сопротивления полупроводника от температуры

При повышении температуры сопротивление примесного полупроводника уменьшается по закону:

, (3)

где - константа для данного полупроводника, k – постоянная Больцмана; – энергия активации примеси - энергия, необходимая для перевода электронов с уровня донорной примеси в зону проводимости или для захвата электронов из валентной зоны на акцепторный уровень.

Для определения энергии активации прологарифмируем выражение для R: . Построив график зависимости, по наклону прямой (рис. 5) можно определить энергию активации примесного уровня полупроводника, т.к.. В итоге энергия активации равна

, (4),

где =1,38•10 ^{- 23} Дж/K (постоянная Больцмана).

Рис. 5. Зависимость для примесных полупроводников.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Снятие вольтамперной характеристики терморезистора.

Приборы и оборудование: блок питания ВУП 2М, терморезистор, вольтметр, миллиамперметр, соединительные провода.

1. Собрать схему (рис.6); для миллиамперметра использовать предел 15 mA, для вольтметра предел указан на рабочем месте. Определить цены деления миллиамперметра и вольтметра.

2. Подключить источник постоянного тока (клеммы 0 -100 В на блоке питания ВУП 2М).

3. Устанавливая с помощью регулятора напряжения 1 (см. рис. 6) значения силы тока в пределах от 1 до 12 mA с шагом 1 mA, снять зависимость напряжения U от силы тока I. Результаты занести в таблицу 1.

4. Построить зависимость U(I) (ВАХ) термистора (см. рис. 4).

Рис. 6. 1 - источник постоянного тока ВУП 2М, 2 - миллиамперметр, 3 - вольтметр, 4 – терморезистор.

Таблица 1

I, mA	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
U, B

Задание 2. Изучение температурной зависимости сопротивления полупроводникового термистора и определение энергии активации примеси.

Приборы и оборудование: блок питания ВУП 2М, терморезистор, нагреватель, термометр, мультиметр (электронный многопредельный прибор для измерения напряжений и сопротивлений), соединительные провода.

1. Собрать схему на рис. 7 (термометр и мультиметр получить у инженера), для мультиметра использовать предел R _max = 2 кОм.

2. Подключить нерегулируемый источник переменного тока (клеммы 6.3 В на блоке ВУП 2М).

3. В процессе нагрева термистора через каждые 5^о снимать показания мультиметра в интервале температур начиная от комнатной до 60 ^оС. Измерения занести в таблицу 2.

4. По данным таблицы 2 построить графики и(см. рис. 5).

5. По графику зависимостиопределить и по формуле (4) вычислить энергию активации примеси , выразить ее в электронвольтах ().

Рис. 7. 1 - источник переменного тока ВУП 2М, 2 - нагреватель, 3 – термометр, 4 - терморезистор, 5 – мультиметр.

Таблица 2

t, oC
T, К
R, Ом
lnR