半导体电阻随温度变化关系的研究
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。
温度与电阻之间的关系
温度与电阻之间的关系温度与电阻之间的关系1. 引言温度与电阻之间的关系是我们在日常生活和科学研究中经常遇到的一个重要问题。
温度对于电子元件和导体的电阻性能具有显著影响，这种关系在电子工程和物理学领域中被广泛研究和应用。
本文将深入探讨温度与电阻之间的关系，并对相关概念和现象进行分析和解释。
2. 温度的物理意义温度是一种描述物体热平衡状态的物理量，用来衡量物体内部微观粒子的平均动能。
温度的单位通常使用开尔文（Kelvin，K）或摄氏度（Celsius，℃）来表示。
在绝对零度（0K）下，无所有物质的微观粒子运动，温度为0K时被认为是不可能的。
3. 电阻的基本概念电阻是一个电子元件或导体对电流流动的阻碍程度，它是电流和电压之比的物理量。
电阻的单位用欧姆（Ohm，Ω）表示。
正常情况下，电阻的大小是固定的，但是当温度发生变化时，电阻也会发生改变。
4. 电阻与温度的关系4.1 温度对金属导体电阻的影响根据欧姆定律，电阻（R）与电流（I）和电压（V）成正比，即R =V/I。
然而，在实际情况下，当金属导体的温度升高时，电阻将发生变化。
一般来说，金属导体的电阻随着温度的升高而增加。
4.2 温度对半导体电阻的影响与金属导体不同，当半导体材料的温度升高时，电阻会发生一些非线性的变化。
在半导体中，增加温度会导致载流子的数量增加，从而降低了电阻。
这是因为高温下，载流子更容易被激发出来，从而提高了电导率。
5. 温度系数与电阻温度变化的关系在描述电阻与温度之间关系时，我们引入了一个概念，即温度系数。
温度系数（α）是电阻随温度变化率的比例系数。
它的单位是每摄氏度Ω/℃。
不同的物质和材料具有不同的温度系数。
6. 温度对电阻的影响机制在解释温度与电阻之间的关系时，我们需要考虑材料中的原子结构和电子运动。
当温度升高时，原子和分子的振动会增强，从而对电子运动施加阻力。
这种阻力会影响电子在材料中的流动，从而改变了电阻。
7. 应用举例7.1 温度传感器温度传感器是一种基于温度与电阻关系的设备。
半导体热敏电阻特性研究实验报告
半导体热敏电阻特性研究实验报告半导体热敏电阻特性研究实验报告引言：半导体热敏电阻是一种基于半导体材料的温度敏感性元件，其电阻值随温度的变化而变化。
本实验旨在研究半导体热敏电阻的特性，并探索其在温度测量和控制中的应用。
实验一：热敏电阻与温度关系的测量在本实验中，我们选择了一种常见的热敏电阻材料，并使用了恒流源和数字温度计来测量其电阻值与温度之间的关系。
首先，我们将热敏电阻与恒流源相连，并将电流保持在恒定值。
然后，我们使用数字温度计测量不同温度下的电阻值。
通过多次测量，我们得到了一组电阻-温度数据。
根据实验数据，我们绘制了电阻-温度曲线。
结果显示，热敏电阻的电阻值随温度的升高而下降，呈现出明显的负温度系数特性。
这意味着热敏电阻在高温下具有较低的电阻值，在低温下具有较高的电阻值。
实验二：热敏电阻在温度测量中的应用在实验一的基础上，我们进一步探索了热敏电阻在温度测量中的应用。
我们设计了一个简单的温度测量电路，将热敏电阻与电压源和电压测量仪相连。
通过测量电压测量仪的输出电压，我们可以间接地推算出热敏电阻的电阻值，从而得知温度。
实验结果表明，该方法能够较准确地测量温度，且具有较高的灵敏度和稳定性。
实验三：热敏电阻在温度控制中的应用除了温度测量，热敏电阻还可以应用于温度控制。
我们设计了一个简单的温度控制电路，其中包括热敏电阻、比较器和加热元件。
当温度超过设定阈值时，热敏电阻的电阻值会下降，导致比较器输出高电平信号，进而控制加热元件的工作。
当温度降低到设定阈值以下时，热敏电阻的电阻值上升，比较器输出低电平信号，停止加热。
实验结果表明，该温度控制电路能够实现对温度的自动控制，具有较高的精度和稳定性。
这种基于热敏电阻的温度控制方法在实际应用中具有广泛的潜力。
结论：通过本次实验，我们研究了半导体热敏电阻的特性，并探索了其在温度测量和控制中的应用。
实验结果表明，热敏电阻具有良好的温度敏感性能，可广泛应用于各种温度相关的领域。
半导体热敏电阻特性研究实验报告
半导体热敏电阻特性研究实验报告大学热敏电阻实验报告大学热敏电阻实验报告摘要：热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻，具有许多独特的优点和用途，在自动控制、无线电子技术、遥控技术及测温技术等方面有着广泛的应用。
本实验通过用电桥法来研究热敏电阻的电阻温度特性，加深对热敏电阻的电阻温度特性的了解。
关键词：热敏电阻、非平衡直流电桥、电阻温度特性1、引言热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温度有很强的依赖关系而制成的一种器件，其电阻温度系数一般为（-0.003~+0.6）℃-1。
因此，热敏电阻一般可以分为:Ⅰ、负电阻温度系数（简称NTC）的热敏电阻元件常由一些过渡金属氧化物（主要用铜、镍、钴、镉等氧化物）在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成的，近年还有单晶半导体等材料制成。
国产的主要是指MF91~MF96型半导体热敏电阻。
由于组成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离，即载流子浓度基本上与温度无关，因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度的关系，随着温度的升高，迁移率增加，电阻率下降。
大多应用于测温控温技术，还可以制成流量计、功率计等。
Ⅱ、正电阻温度系数（简称PTC）的热敏电阻元件常用钛酸钡材料添加微量的钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺，高温烧制而成。
这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度，而迁移率随温度的变化相对可以忽略。
载流子数目随温度的升高呈指数增加，载流子数目越多，电阻率越小。
应用广泛，除测温、控温，在电子线路中作温度补偿外，还制成各类加热器，如电吹风等。
2、实验装置及原理【实验装置】FQJ—Ⅱ型教学用非平衡直流电桥，FQJ非平衡电桥加热实验装置（加热炉内置MF51型半导体热敏电阻（2.7kΩ）以及控温用的温度传感器），连接线若干。
【实验原理】根据半导体理论，一般半导体材料的电阻率和绝对温度之间的关系为（1—1）式中a与b对于同一种半导体材料为常量，其数值与材料的物理性质有关。
半导体电阻率随温度变化曲线
半导体电阻率随温度变化曲线概述半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有特殊的电子能带结构。
半导体的电阻率随温度的变化呈现出一定的规律，这是由于温度对半导体材料中载流子浓度和迁移率的影响所导致的。
半导体材料的基本特性半导体材料中的电子能带结构决定了其导电性质。
半导体材料中有两个主要的能带，即价带和导带。
导带中的电子可以自由移动，而价带中的电子则处于束缚状态。
半导体材料中的电子可以通过吸收能量跃迁到导带中，形成自由电子。
这些自由电子在外加电场的作用下可以形成电流。
温度对半导体电子能带的影响温度的升高会使半导体材料中的原子振动加剧，导致价带中的电子更容易跃迁到导带中。
这样，半导体材料中的载流子浓度会增加，从而导致电导率的增加。
此外，温度的升高还会使得电子的迁移率减小，这是因为晶格振动的增强会增加电子与晶格的散射，从而降低电子的迁移速度。
因此，半导体材料的电阻率随温度的升高而增加。
半导体电阻率随温度变化的经验规律半导体材料的电阻率随温度变化的经验规律可以用以下公式表示：ρ = ρ0 * exp(Eg / (2 * k * T))其中，ρ是半导体材料的电阻率，ρ0是材料在参考温度下的电阻率，Eg是材料的能隙宽度，k是玻尔兹曼常数，T是温度。
根据这个公式，可以得出以下结论：1.高温下，半导体的电阻率迅速增加，电导率降低。
2.低温下，半导体的电阻率迅速减小，电导率增加。
3.温度越高，电阻率的变化越明显。
半导体电阻率随温度变化的实验测量为了验证半导体电阻率随温度变化的规律，可以进行实验测量。
实验的步骤如下：1.准备一块半导体材料样品，并测量其初始电阻率。
2.将样品置于恒温槽中，通过控制恒温槽的温度，改变样品的温度。
3.在每个温度下，测量样品的电阻，并记录下来。
4.根据测量数据，绘制出半导体电阻率随温度变化的曲线。
实验结果与分析通过实验测量，可以得到半导体电阻率随温度变化的曲线。
根据这个曲线，可以得出以下结论：1.随着温度的升高，半导体的电阻率增加。
实验半导体热敏电阻特性的研究
实验半导体热敏电阻特性的研究
半导体热敏电阻是一种用于测量温度变化的电子元件，其电阻值会随着温度的变化而
发生改变。
因此，研究其特性对于热敏测温技术的应用以及半导体材料的研究都具有重要
意义。
本文对半导体热敏电阻特性进行了实验研究。
实验使用了一块样品，通过搭建电路系
统测量了其在不同温度下的电阻变化以及热敏电压的变化。
实验中控制了样品的温度变化，得到了一系列数据，进一步分析和研究了半导体热敏电阻的特性。
实验结果表明，当样品温度升高时，其电阻值呈现出单调递减的趋势。
相应地，热敏
电压也呈现出单调递减的趋势。
同时，研究还发现，样品的电阻值变化与温度之间存在着
一种明显的非线性关系。
当温度较低时，电阻的变化比较缓慢；而随着温度升高，电阻值
的变化速率则逐渐加快，最终呈现出了急剧下降的趋势。
通过对实验结果的进一步分析，我们得出了如下结论：半导体热敏电阻的特性主要受
到两个因素的影响，即样品的温度以及载流子浓度。
当样品温度升高时，载流子的浓度也
会随之上升，这将导致电阻值的降低。
此外，半导体热敏电阻的特性还受到其他因素的影响，例如半导体材料的化学成分、掺杂方式以及结构等因素都可能对其特性产生影响。
综上所述，本文通过实验研究了半导体热敏电阻的特性。
实验结果显示，其电阻值与
温度之间存在着非线性关系。
这项研究对于半导体材料的应用以及热敏测温技术的发展都
具有一定的借鉴意义。
未来，我们可以在此基础上进一步探索该元件的特性，并拓展其在
实际应用中的应用范围。
半导体热敏电阻 的特性研究
正（或负）温度系数（PTC或NTC）热敏电阻1付
专用连接线若干
惠斯登电桥电阻箱
热敏电阻
半导体热敏电阻的特性研究
半导体热敏电阻 特性研究试验仪 电源 检流 控温 测温
半导体热敏电阻的特性研究
【实验内容与步骤】
1. 利用实验 装置提供的元 器件，按图自 行组装惠斯登 电桥。
表1 （PTC或NTC）数据记录 室温 ℃ Kr =
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 … t(℃) 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 …
T(K)
…
1/T
…
R3
…
Rx=RT
…
lnRT
…
【注意事项】
半导体热敏电阻的特性研究
1.使用电桥时，应避免将R1、 R2、 R3同时调到零 值附近测量，这样可能会出现较大的工作电流， 测量精度也会下降。
t/℃
RT/Ω
半导体热敏电阻的特性研究
负温度系数（NTC）热敏电阻的 温度特性RT ～t 参考曲线
3000
2500
2000
1500
1000
500
0 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
t/℃
RT/Ω
半导体热敏电阻的特性研究
【实验报告的要求】
1．实验名称 2．实验仪器 3．实验目的 4．实验原理及所采用的实验方法 5．实验内容 6．数据处理
长线
半导体热敏电阻的特性研究 长线
半导体热敏电阻的特性研究
2. 把热敏电 阻传感器插入 加热井中，测 量时把选中的 热敏电阻的引 线接到电桥中 （Rx）。
PN结正向压降与温度关系的研究和应用实验报告
PN结正向压降与温度关系的研究和应用实验报告摘要：本实验通过测量PN结正向偏置情况下的正向压降随温度的变化，研究PN结的温度特性，并探索其在实际应用中的可能的应用。
引言：PN结是半导体器件中最基本的结构之一，其正向特性在电子学领域具有重要的应用价值。
而PN结的温度特性对于器件的工作稳定性和可靠性有较大的影响。
因此，研究PN结的温度特性，尤其是正向压降与温度的关系，对于提高器件性能有着重要意义。
实验目的：1.研究PN结的温度特性，特别是正向压降随温度的变化规律；2.探索PN结温度特性相关的应用，例如热敏电阻等。
实验原理：PN结在正向偏置情况下，通过正向电流使得P区载流子与N区载流子复合，产生电压降。
根据热力学原理，温度升高会提供更多的热能，促使载流子的热激发增加，从而降低正向电压的阻挡力。
因此，PN结正向压降与温度呈负相关。
实验步骤：1.搭建实验电路：将PN结与电源和电流测量仪连接，确保电路连接正确。
2.在实验装置中设置好温度传感器，与PN结接触。
3.调节电源的正向电流，并分别测量不同温度下的正向压降和电流。
4.依次调节不同温度下的电流，重复步骤3，记录数据。
实验结果：将测得的正向电流和压降数据制成表格，并绘制电压-温度曲线和电流-温度曲线。
讨论：通过分析实验结果，可以发现PN结的正向压降随着温度的升高而逐渐降低，且呈现较大的线性关系。
这与实验原理的推测相符合。
应用：基于PN结正向压降与温度的关系，我们可以将其应用于热敏电阻的制备和温度测量。
热敏电阻可以根据PN结的特性，根据温度的变化来改变电阻值，从而实现温度的感应和测量。
这在实际工业控制和家用电器中具有广阔的应用前景。
结论：通过本实验研究PN结的温度特性，我们发现PN结的正向压降随着温度升高而逐渐降低，并且可以将该特性应用于热敏电阻的制备和温度测量中。
实验结果对于提高PN结的性能和应用具有重要参考价值。
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实验 半导体热敏电阻特性的研究
实验目的
1．研究热敏电阻的温度特性。
2．进一步掌握惠斯通电桥的原理和应用。
实验仪器
箱式惠斯通电桥，控温仪，热敏电阻，直流电稳压电源等。
实验原理
半导体材料做成的热敏电阻是对温度变化表现出非常敏感的电阻元件，它能测量出温度的微小变化，并且体积小，工作稳定，结构简单。
因此，它在测温技术、无线电技术、自动化和遥控等方面都有广泛的应用。
半导体热敏电阻的基本特性是它的温度特性，而这种特性又是与半导体材料的导电机制密切相关的。
由于半导体中的载流子数目随温度升高而按指数规律迅速增加。
温度越高，载流子的数目越多，导电能力越强，电阻率也就越小。
因此热敏电阻随着温度的升高，它的电阻将按指数规律迅速减小。
实验表明，在一定温度范围内，半导体材料的电阻R T 和绝对温度T 的关系可表示为
T b T ae R = （4－6－1） 其中常数a 不仅与半导体材料的性质而且与它的尺寸均有关系，而常数b 仅与材料的性质有关。
常数a 、b 可通过实验方法测得。
例如，在温度T 1时测得其电阻为R T 1
11T b T ae R = （4－6－2）
在温度T 2时测得其阻值为R T 2
22T b T ae R = （4－6－3）
将以上两式相除，消去a 得
)1
1
(21
2
1T T b T T e R R -=
再取对数，有
)11(ln ln 2
121T T R R b T T --= （4－6－4）
把由此得出的b 代入（4－6－2）或（4－6－3）式中，又可算出常数a ，由这种方法确定的常数a 和b 误差较大，为减少误差，常利用多个T 和R T 的组合测量值，通过作图的方法（或用回归法最好）来确定常数a 、b ，为此取（4－6－1）式两边的对数。
变换
成直线方程：
T
b
a R T +
=ln ln （4－6－5） 或写作
BX A Y +=
（4－6－6）
式中X b B a A R Y T 1,,ln ,ln ====，然后取X 、Y 分别为横、纵坐标，对不同的温度T 测得对应的R T 值，经过变换后作X ～Y 曲线，它应当是一条截距为A 、斜率为B 的直线。
根据斜率求出b ，又由截距可求出a ＝e A。
确定了半导体材料的常数a 和b 后，便可计算出这种材料的激活能E ＝bK （K 为玻耳兹曼常数，其值见附录）以及它的电阻温度系数
%10012⨯-==T b dT dR R T T α （4－6－7） 显然，半导体热敏电阻的温度系数是负的，并与温度有关。
热敏电阻在不同温度时的电阻值，可用惠斯通电桥测得。
实验内容
用电桥法测量半导体热敏电阻的温度特性。
1．按图4－6－1实验装置接好电路，安置好仪器。
2．在容器内盛入水，开启直流电源开关，在电热丝中通以2.5A —3.0A 的电流，对水加热，使水温逐渐上升，温度由水银温度计读出。
热敏电阻的两条引出线连接到惠斯通电桥的待测电阻R X 二接线柱上。
3．测试的温度从20℃开始，每增加5℃，作一次测量，直到85℃止。
数据处理
2．作R T～t曲线。
3．作ln R T～1/T（T＝273＋t）直线，求此直线的斜率B和截距A，由此算出常数a 和b值，有条件者，最好用回归法代替作图法求常数a和b值。
4．根据求得的a、b值，计算出半导体热敏电阻温度系数α。