Лабораторная работа № 4

Исследование полупроводникового термосопротивления

Цель работы:

Исследование зависимости электропроводности полупроводников от температуры.

Учебные задачи:

Задача 1. Определение сопротивления полупроводникового термистора в интервале температур.

Задача 2. Определение температурного коэффициента сопротивления (ТКС) полупроводника в интервале температур.

Задача 3. Определение энергии активации процесса проводимости.

Задача 4. Составление эмпирической зависимости сопротивления и удельной проводимости полупроводника от температуры.

Приборы и принадлежности: полупроводниковый термистор ММТ–4; источник питания Б7-4; вольтметр и миллиамперметр для измерения постоянного напряжения и тока; нагревательное устройство, электронный термометр.

Описание объекта, установки и методика эксперимента

В данной работе исследуется явление существенного изменения электропроводности некоторых собственных полупроводников с температурой. Объектом исследования является полупроводниковый медно-марганцевый термистор (ММТ). Термосопротивление (или терморезистор, или сокращенно термистор) представляет собой сосредоточенное активное сопротивление, величина которого существенно зависит от температуры (сопротивление изменяется на 4-6% при нагревании на один градус). Это свойство термисторов является основным и определяет область их практического применения в различных устройствах, предназначенных для измерения, поддержания и регулировки температуры.

О бщий вид установки приведен на рис. 1. Назначение электроизмерительных приборов и функции, выполняемые отдельными блоками установки и ясны из анализа электрической схемы (рис. 2). При включении блока питания (8) на термистор (5) подается постоянное напряжение 12 В, которое регистрируется вольтметром (7). Ток, протекающий через исследуемое сопротивление, измеряется миллиамперметром (6). При замыкании ключа S (9) на нагреватель (3) от блока питания подается постоянное напряжение. Ток, протекающий по обмотке нагревателя, разогревает его и нагревает термистор, помещенный внутри цилиндрического проволочного нагревателя. Для равномерного распределения температуры внутри нагревателя и уменьшения скорости теплообмена с окружающей средой термистор защищен сверху слоем теплоизолятора (4).

Для измерения температуры внутри нагревателя в работе применен так называемый электронный термометр (1). Чувствительный элемент термометра (2) представляет собой полупроводниковый диод, помещенный в непосредственной близости от термистора. Обратный ток диода является функцией температуры. Электронная схема (1) преобразует этот ток таким образом, что показания микроамперметра электронного термометра соответствуют измеряемой температуре в градусах Цельсия.

Учебная задача 1. Определение сопротивления полупроводникового термистора в интервале температур

Экспериментальная часть (выполнение измерений)

1. . Включить тумблер «сеть» на блоке питания.

2. С помощью тумблера на задней стенке прибора включить электронный термометр. Записать показания термометра, миллиамперметра, вольтметра при комнатной температуре.

3. Выяснив цену деления приборов, определить значения тока и напряжения при комнатной температуре, результаты занести в таблицу 1.

4. Включить нагревательное устройство (тумблер S в положение «нагрев»). Нагреть термистор до предельной температуры 50 градусов (рис. 3).

Внимание! Термистор не перегревать!

Ориентировочное время нагрева порядка 5 − 7 минут.

5. Выключить нагревательное устройство (тумблер S в положение «охлаждение».

6. В режиме охлаждения через каждые пять градусов провести измерения температуры, тока и напряжения. Результаты измерений занести в таблицу 1.

Таблица 1.

Результаты измерений температуры, тока и напряжения на термисторе

t, ^0 С	20	50	45	40	35	30	25
U, В
I, мА

1. Для каждого значения температуры рассчитать общее сопротивление объекта по закону Ома: R_общ. = U /I.

2. Рассчитать сопротивление поликристаллического вещества, из которого сделан термистор. Для этого из общего сопротивления надо вычесть сопротивление переходных слоев, возникших в области контакта металлических электродов с материалом термистора R_конта, а также внутреннее сопротивление прибора: R = R_общее – R_{контакт} - R_{прибора.}

В нашем случае принять R_{контакт.}= 0,05 кОм, внутреннее сопротивление миллиамперметра указано на шкале прибора.

3. Построить графическую зависимость сопротивления термистора от температуры. Примерный вид зависимости R = f(t) приведен на рис. 4. Сделать вывод о том, как изменяется сопротивление при увеличении температуры.