半导体热敏电阻的电阻-温度特性
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。
热敏电阻的电阻--温度特性曲线NTC
RT/R25 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5
(25º C,1)
0
25
50
75
100 125
T/℃
15
RT / RT0--T特性曲线
2.正温度系数（PTC）热敏电阻器的电阻—温度特性 其特性是利用正温度热敏材料，在居里点附近结构发 生相变引起导电率突变来取得的，典型特性曲线如图
3．突变型负温度系数热敏电阻器（CTR） Chop Temperature Resistor
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走进热敏电阻传感器的世界篇 ——热敏电阻的特性
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（一）热敏电阻器的电阻——温度特性（RT—T）
RT/Ω 106 105 104 103 1 2 3
ρT—T与RT—T特 性曲线一致。
102 101 100 0 40 60 120 160 T/℃ 温度T/º C
以lnRT、T分别作为纵坐标和横坐标，得到下图。
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）
lnRr1 lnRr2
lnRr BP β
mR
mr
lnRr0 T2 T1 BP=tgβ =mR/mr
T
lnRT~T 表示的PTC热敏电阻器电阻—温度曲线
若对上式微分，可得PTC热敏电阻的电阻温度系数αtp 1 dRT BP RT exp BP T T0 tp BP RT dT RT exp BP T T0
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4.耗散系数 热敏电阻器温度变化1℃所耗散的功率。 其大小与热敏电阻的结构、形状以及所处 介质的种类、状态等有关。 5. 时间常数τ 在零功率测量状态下，当环境温度突 变时电阻器的温度变化量从开始到最 终变量的63.2％所需的时间。时间常 数表征热敏电阻加热或冷却的速度。
热敏电阻的温度特性
测量热敏电阻的温度特性热敏电阻是用半导体材料制成的热敏器件，根据其电阻率随温度变化的特性不同，大致可分为三种类型：（1）NTC （负温度系数）型热敏电阻；（2）PTC （正温度系数）型热敏电阻；（3）CTC （临界温度系数）型热敏电阻。
其中PTC 型和CTC 型热敏电阻在一定温度范围内，阻值随温度剧烈变化，因此可用做开关元件。
热敏电阻器在温度测控、现代电子仪器及家用电器（如电视机消磁电路、电子驱蚊器）等中有广泛用途。
在温度测量中使用较多的是NTC 型热敏电阻，本实验将测量其电阻温度特性。
1.实验目的(1)测量NTC 型热敏电阻的温度特性；(2)学习用作图法处理非线性数据。
2.实验原理NTC 型热敏电阻特性NTC 型热敏电阻是具有负的温度系数的热敏电阻，即随着温度升高其阻值下降，在不太宽的温度范围内（小于450℃），其电阻-温度特性符合负指数规律。
NTC 热敏电阻值R 随温度T 变化的规律由式(1-1)表示T BT Ae R =（1-1） 其中A 、B 为与材料有关的特性常数，T 为绝对温度，单位K 。
对于一定的热敏电阻，A 、B 为常数。
对式（1-1）两边取自然对数有 T B A R T +=ln ln (1-2) 从TR T 1ln -的线性拟合中，可得到A 、B 的值，写出热敏电阻温度特性 的经验公式。
3.实验内容（1）连接电路。
（2）观察NTC 型热敏电阻的温度特性。
（3）测量NTC 型热敏电阻的温度特性。
（4）数据处理R 特性曲线；a. 画出热敏电阻的tb. 画出TR T 1ln 曲线，求出其直线的截距、斜率，即可求得A 、B ，写 出热敏电阻温度特性的经验公式。
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热敏电阻的温度特性
理论分析热敏电阻由半导体材料制成,其基本特性是温度特性. 它对温度的变化十分敏感,当温度变化为1 度时,金属材料的电阻值仅变化,而热敏电阻值变化可达3 %～6 %. 热敏电阻的体积可以做得很小,其中RC3 型珠状热敏电阻的大小仅与芝麻颗粒的大小相当,其电阻值可以做成几百欧姆到几千欧姆不等.半导体的导电能力取决于参与导电的自由电子数,也即载流子数. 载流子数目越多,导电能力越强,其电阻率也就越小. 和一般的金属不同,负温度系数热敏电阻有一个重要的特点:当温度升高时,其阻值急剧减小,并且其中的载流子数目是随着温度的升高而按指数规律迅速增加的,因此负温度系数热敏电阻的电阻值随着温度的升高将按指数规律迅速减小. 实验表明在一定温度范围内,半导体热敏电阻与温度的关系为:R t = A exp ( B/ T) (1)其中,A 、B 均为常数, B 是热敏电阻的材料常数, T 是绝对温度, R t 是温度为t 时的电阻. 根据电阻温度系数的定义:R2 = R1 [1 +α( t2 - t1 ) ] (2)α= 1R t·d Rd t(3)式中α为电阻温度系数. 若绘出热敏电阻的电阻温度特征曲线就可以得到特定温度范围内的电阻温度系数α. 对于半导体,公式(1) 两边对T 求导,带入公式(3) 可得:α= -BT2 (4)由公式(4) ,我们可以发现半导体的电阻温度系数为一负值,这一点也正好说明了其电阻温度特性.数据采集与处理(1) 在仿真操作界面上,按实验要求将所需的各种虚拟仪器组装成完整的实验系统,通过调节R1 、R2的大小选取电桥倍率k =R1R2= 1. 温度调到10 ℃,调节电阻箱R0 ,使检流计的读数为零,并记录此时的温度值t 和电阻值R t ; 调节温度到升温档,从10 ℃开始,每隔5 ℃测量一次,直至90 ℃,将所测温度和电阻值记录并填入表格中,如表1 所示.表1 半导体热敏电阻的温度特性(2) 绘出R t2t 曲线和ln R t2 1T曲线.t/ ℃10 15 20 25 30 35 40 45 50R t /Ω 3 494. 9 2 820. 4 2 292. 8 1 876. 9 1 546. 6 1 282. 5 1 069. 8 897. 5 757. 1( T = t + 273. 2) / K 283. 2 288. 2 293. 2 298. 2 303. 2 308. 2 313. 2 318. 2 323. 2(1 000/ T) / K 3. 531 3. 470 3. 411 3. 353 3. 298 3. 245 3. 193 3. 143 3. 094ln R t 8. 159 7. 945 7. 738 7. 537 7. 344 7. 157 6. 975 6. 800 6. 629t/ ℃55 60 65 70 75 80 85 90R t /Ω642. 0 547. 0 468. 3 402. 8 347. 9 301. 8 262. 8 229. 7( T = t + 273. 2) / K 328. 2 333. 2 338. 2 343. 2 348. 2 353. 2 358. 2 363. 2(1 000/ T) / K 3. 047 3. 001 2. 957 2. 914 2. 872 2. 831 2. 792 2. 753ln R t 6. 465 6. 304 6. 149 5. 998 5. 852 5. 710 5. 571 5. 437(3) 计算此半导体热敏电阻的材料常数B 以及常数A 和温度为20 ℃、50 ℃时的电阻温度系数αt ,最终写出此种半导体热敏电阻的电阻2温度关系表达式R t = A exp ( B/ T) .①此半导体的材料常数B 可以通过图5 求出,根据公式(1) 可以得到:ln R t =BT+ ln A (5)由以上分析可知ln R t～ 1T为一线性关系,其斜率与材料常数B 的值是一致的,求出图5 中直线的斜率便知道了B 的值. 在直线上任取两点a(3. 001 ×10 - 3 ,6. 304) 和b(3. 411 ×10 - 3 ,7. 738) ,则求得:B =ln R ta - ln R tb1T a- 1T b≈3. 500 ×103 (6)②求常数A ,任取一点带入公式(1) ,在这里我们取点c( R t = 547. 0 Ω, T = 333. 2 K) ,可以求得:A =R texp ( BT)= 547. 0exp ( (3. 500 ×103333. 2)≈0. 015 (Ω) (7)③求材料的电阻温度指数α,由公式(4) 可得:当t = 20 ℃,即T = 293. 2 K 时材料的电阻温度系数α。
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。
实验4.10半导体热敏电阻特性研究
半导体热敏电阻特性研究【实验简介】热敏电阻是由半导体材料制成的一种电阻对温度变化非常敏感的热敏元件，利用这一特性可以将它作为感温元件制成热敏电阻温度计、温度传感器，实现测温、控温等功能。
热敏电阻作为感温元件具有灵敏度高、体积小、热惯性小等特点，在自动控温、测温等方面应用很广。
热敏电阻的温度特性曲线是热敏电阻的基本特性，本实验主要测量负温度系数、正温度系数热敏电阻的温度特性曲线，了解其测温原理实验原理【实验目的】1. 了解热敏电阻的温度特性及其测温、控温原理。
2. 测量热敏电阻的温度特性曲线。
3. 掌握作图法和最小二乘法（曲线拟合法）处理实验数据。
【预习思考题】1. 负温度系数（NTC）热敏电阻的特性是什么？2. 怎样用电桥测电阻？3．如何用作图法和最小二乘法（曲线拟合法）处理实验数据？【实验仪器】QJ-23型单臂电桥，DHT-2型热学实验仪。
【实验原理】1. 热敏电阻温度特性热敏电阻是其电阻值随温度显著变化的一种热敏元件，按照电阻随温度变化特性可以分为负温度系数热敏电阻（NTC）、正温度系数热敏电阻(PTC)、临界温度系数热敏电阻(CTC)。
负温度系数热敏电阻其电阻随着温度的升高而降低，主要用于测温和控温；正温度系数热敏电阻其电阻在达到某一温度后随着温度的升高而升高，在这一温度之前有一很小的负温度系数，在某一温度范围内，其电阻值会产生急剧变化。
适用于某些狭窄温度范围内的一些特殊应用；临界温度系数热敏电阻其电阻在达到临界温度点时急剧变化，主要用作开关。
热敏电阻的电阻-温度特性曲线如图4.10.1所示。
图4.10.1温度系数是反映热敏电阻对温度的敏感程度，是热敏电阻作为感温元件的一个重要参数，用表示，其定义为温度升高1ºC，热敏电阻的相对变化量，即（4.10.1）2. NTC型热敏电阻温度特性及其温度系数测量NTC半导体热敏电阻是由一些金属氧化物，如钴、锰、镍、铜等过渡金属的氧化物，采用不同比例的配方，经高温烧结而成，然后采用不同的封装形式制成珠状、片状、杠状、垫圈状等各种形状。
热敏电阻测温度
实验题目：用热敏电阻测量温度实验目的：了解热敏电阻的电阻-温度特性和测温原理，掌握惠斯通电桥的原理和使用方法，学习坐标、曲线改直的技巧和用异号法消除零点误差等方法。
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：Fe 3O 4、MgCr 2O 4等）的电阻与温度关系满足：TB T e R R ∞= （1） 式中R T 是温度T 时的热敏电阻阻值，R ∞是T 趋于无穷时热敏电阻的阻 值，B 是热敏电阻的材料常数，T 为热力学温度。
金属的电阻与温度的关系满足：2121[1()]t t R R t t α=+-（2）式中α是与金属材料温度特性有关的系数，R t1、R t2分别对应于温度t 1、 t 2时的电阻值。
根据定义，电阻的温度系数有：dtdR R a tt 1=（3）R t 是在温度为t 时的电阻值。
两种情况的电阻温度曲线如图（1）和图（2）所示。
热敏电阻的电阻-温度特性与金属的电阻-温度特性比较，有三个特点： （1）热敏电阻的电阻-温度特性是非线性的（呈指数下降），而金属的电阻-温度特性是线性的。
（2）热敏电阻的阻值随温度的增加而减小，因此温度系数是负的（2T B a ∝）。
金属的温度系数 是正的 （dt dR a /∝）。
（3）半导体电阻对温度变化的反应比金属电阻灵敏得多。
这些差异的产生是因为当温度升高时，原子运动加剧，对金属中自由电子的运动有阻碍作用，故金属的电阻随温度的升高而呈线性缓慢增加；而在半导体中是靠空穴导电，当温度升高时，电子运动更频繁，产生更多的空穴，从而促进导电。
2.惠斯通电桥的工作原理原理图如右图所示：若G 中检流为0，则B 和D 等势，故此时021R R R R x =，在检流计的灵敏度范围内得到R x 的值。
当B 和D 两点电位相等时，G 中无电流通过，电桥便达到了平衡。
平衡时必有021R R R R x =，R 1/R 2和R 0都已知，R x 即可求出。
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。