Реферат: Электрорадиоматериалы. Методические указания к лабораторным работам

ЭлектрорадиоматериалыМетодические указания к лабораторнымработам

Санкт-Петербург

2000

УДК 621.315.4

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Составители:  ст. преп. Г. И. Иванова, доценты Г. А.Татарникова, Б. В. Фролов, С.А. Гусев.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Подготовкак переизд.: доценты С.А. Гусев, И.К. Желанкина, Л.Ф. Погромская; под ред.С.А.Гусева.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Электрорадиоматериалы.Методические указания к лабораторным работам./ Под ред. С.А.Гусева. Изд. второепер. и доп.; Балт. гос. техн. ун -т, СПб., 2000,      с.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

Ил. 26, табл. 18.

©  

СодержаниеTOC o «1-3»

Работа 1.  Исследование электрических свойствпроводниковыхматериалов… PAGEREF_Toc491446131 h 4

1.  Краткие сведения изтеории… PAGEREF _Toc491446132 h

2.  Описание экспериментальнойустановки… PAGEREF _Toc491446133 h

3. Порядок проведения работы… PAGEREF _Toc491446134 h

4. Оформление отчета… PAGEREF _Toc491446135 h

Работа 2. Исследованиесвойств терморезисторов… PAGEREF_Toc491446136 h 7

1. Краткие сведения из теории… PAGEREF _Toc491446137 h 7

2. Описание экспериментальной установки… PAGEREF _Toc491446138 h

3. Порядок выполнения работы.… PAGEREF _Toc491446139 h

4. Оформление отчета… PAGEREF _Toc491446140 h

Работа З.  Исследование свойств варисторов… PAGEREF_Toc491446141 h 11

1. Краткие сведения из теории… PAGEREF _Toc491446142 h

2. Описание экспериментальной установки… PAGEREF _Toc491446143 h

3. Порядок выполнения работы… PAGEREF _Toc491446144 h

4. Оформление отчета… PAGEREF _Toc491446145 h

Работа 4. Исследованиесвойств фоторезисторов… PAGEREF_Toc491446146 h 14

1. Краткие сведения из теории… PAGEREF _Toc491446147 h

2. Описание экспериментальной установки… PAGEREF _Toc491446148 h

3. Порядок проведения работы.… PAGEREF _Toc491446149 h

4. Оформление отчета… PAGEREF _Toc491446150 h

Работа 6.  Исследование свойств сегнетоэлектриков… PAGEREF_Toc491446151 h 17

1. Краткие сведения из теории… PAGEREF _Toc491446152 h

2. Описание экспериментальной установки… PAGEREF _Toc491446153 h

3. Порядок выполнения работы… PAGEREF _Toc491446154 h

4. Оформление отчета… PAGEREF _Toc491446155 h

Работа 7.Исследование свойств ферромагнитных материалов… PAGEREF_Toc491446156 h 21

1. Краткие сведения из теории… PAGEREF _Toc491446157 h 21

2. Описание экспериментальной установки… PAGEREF _Toc491446158 h

3. Порядок выполнения работы… PAGEREF _Toc491446159 h

4. оформление отчета… PAGEREF _Toc491446160 h 25

Работа 1.  Исследованиеэлектрических свойств проводниковых материалов

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; letter-spacing:1.5pt">Цель работы:

1) определение удельныхсопротивлений проводниковых материалов низкого и высокого сопротивления и ихзависимости от температуры;

2) определение зависимостивеличины электродвижущей силы термопар от температуры;

3) оценка длины свободногопробега электронов в раз­личных проводниковых материалах.

1.  Краткие сведения из теории

Основные свойствапроводниковых материалов характе­ризуются величиной удельного сопротивленияэлектриче­скому току <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; font-variant:small-caps;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">r

,температурным коэффициентомудельного электрического сопротивления <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">a<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">r(ТК<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">r), величиной термоэлектро­движущейсилы ЕТ.

Наилучшими проводникамиэлектрического тока являются металлы. Механизм протекания тока в металлах,находя­щихся в твердом или жидком состояниях, обусловлен дви­жением свободныхэлектронов, поэтому металлы являются материалами с электронной электропроводностью.

Электропроводность металловзависит от совершенства кристаллической решетки: чем меньше дефектов имееткристаллическая решетка, тем выше электропроводность. Поэтому чистые металлыобладают наименьшими значениями удельного сопротивления, а сопротивлениесплавов всегда выше сопротивлений металлических компонентов, входящих в их состав.

 Металлические проводниковые материалы могутбыть разделены на проводники малого сопротивления (<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">r

<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">£0,1 мкОм<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×м) – медь, серебро, алюминийи т. д., и проводники (сплавы) высокого сопро­тивления. Последние в своюочередь делятся на термостойкие сплавы для электронагревательных приборов – ни­хром,хромаль, фехраль и др., и термостабильные сплавы для образцовых резисторов –манганин, константан.

Bсоответствии с электроннойтеорией металлов:

<img src="/cache/referats/9118/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">,                                                       (1.1)

где mo= 9,109<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×

10-31 кг, e= 1,602<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×10-19 Кл – массапокоя и заряд электрона; <img src="/cache/referats/9118/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026"><span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">»105 м/с – средняяскорость теплового движения электронов; no= 1028 м-3— число электронов в единице объема; <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">lср – средняя длина свобод­ного пробега электронов.

<img src="/cache/referats/9118/image006.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1135">Величина удельногоэлектрического сопротивления проводников в основном зависит от средней длинысвободного пробега электронов <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">l

ср. С повышением тем­пературыамплитуда колебаний узлов кристаллической решетки увеличивается, средняя длинасвобод­ного пробега электронов уменьшается (рис.1.1), а удельное сопротивлениевозрастает.  произведение удельного сопро­тивленияна величину средней длины свободного пробега электрона является величиной постоянной<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">r<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">lср= а = const.

Температурнымкоэффициентом удельного сопротивления <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">a

<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">r(ТК<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">r)называется относительное изменение удельного сопротивления при изменениитемпературы на один Кельвин (градус):

<img src="/cache/referats/9118/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1027">                                                                (1.2)

Зависимость удельногосопротивления от температуры вызывается не только уменьшением длины свободногопробега электронов, но и увеличением линейных размеров про­водника. Поэтому <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">rимеет двесоставляющие:     <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">r= <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">aR+<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">al,                                              (1.3)

где <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

R– температурный коэффициентсопротивления в дан­ном интервале температур; <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">al– температурныйкоэффициент линейного расширения проводника, значения которого при­ведены втабл. 1.1. У чистых металлов <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">r<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">>><span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">al, поэтому для них <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">r<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">»<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">aR. для термостабильных металлических сплавов такое приближениене справедливо.

                            Таблица 1.1

Металлы и сплавы

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language: EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

l<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×10-4, K-1 Медь

0,167

Константан

0,17

Манганин

0,181

Нихром

0,163

Температурный коэффициентэлектрического сопротивле­ния (ТКR) резистора определяетсявыражением

<img src="/cache/referats/9118/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1028">                                                           (1.4)

<img src="/cache/referats/9118/image012.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1134">где Ro–сопротивление проводникапри температуре То. Производная<img src="/cache/referats/9118/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1029"> определяется покасательной к кривой R(T) (рис.1.2).  Для определения производной dR/dT= dR/d<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q

  (Т– температурав градусах Кельвина, <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q– в °С) строится зависимость R(<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">q)(рис. 1.2). При заданной температуре (точка A)проводится касательная к кривой R(<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q), на кото­рой выбирается участокabпроизвольной длины.Производ­ная определяется выражением dR/d<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">»<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">DR<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">/<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">q.экспериментально удельное электрическое сопротивлениеопределяется по формуле:

<img src="/cache/referats/9118/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1030">                                                                   (1.5)

где R–электрическое сопротивление проводника, S,I– площадь поперечного сечения и длина проводника.

При соприкосновении двухразличных металлов между ними возникает контактная разность потенциалов.Причиной этого являются неодинаковые значения работ выхода элек­тронов иразличные значения концентрации свободных элек­тронов в соприкасающихся металлах.

Термопаройназывается устройство,содержащее спай двух проводников или полупроводников. Если спай двух металлов Аи В (термопара) имеет температуру T1,асвободные (неспаянные) концы темпера­туру T2, причем T1>T2,то между свободными концамивозникает термо-э.д.с.

<img src="/cache/referats/9118/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1031">                                                          (1.6)

где <img src="/cache/referats/9118/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1032">k=1,381<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×

10-23 Дж/К –постоянная Больцмана, е – зарядэлектрона, п1, п2– концентрации свободных электронов в соприкасающихся металлах.

В термопарах используютпроводники, имеющие большой и стабильный в рабочем диапазоне температуркоэффициент термо-э.д.с.

2.  Описание экспериментальной установки

<img src="/cache/referats/9118/image022.gif" v:shapes="_x0000_s1133">
Экспериментальнаяустановка изображена на рис. 1.3. Образцы проволочных резисторов R1–R4, изготовленные из меди, константана, манганина инихрома, металлопленочный резистор МЛТ-1 (R5) и термопары ТП1–ТП3 поме­щаютсяв термостат 1 с термометром 2.Электрическое сопро­тивление резисторов измеряется омметром 3, э.д.с. термопар – милливольтметром 4. Пере­ключатели П1 и П2размещены на плате 5 и позволяют поочередно подключать к измерителямисследуемые проводники и термопары. Там же приведена таблица с указанием  вида, длины и сечения исследуемыхпроводников.

3. Порядок проведения работы

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;letter-spacing: 1.5pt">Внимание:

все измерения по последующим пунктам проводятсяодновременно.

3.1. Определение удельного электрического сопротивления проводников и вычисление  <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;letter-spacing:1.5pt;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

R, <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; letter-spacing:1.5pt;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; letter-spacing:1.5pt;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">r.

Проводники, поме­щенные в термостат, поочередноподключить к входным зажимам омметра и замерить их сопротивления сначала прикомнатной температуре, а затем при повышении температуры до 90 °С с шагом 10 оС.Результаты измерений записать с максимальной точностью в табл.1.2.

Таблица1.2

проводник

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">q

, oС

20

30

40

50

60

70

80

90

медь

R1

<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">r

1

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language: EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

R1

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language: EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">r1 Константан<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

R2

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">…

3.2. Определение зависимости термо-э.д.с термопар от тем­пературы.

Одновременно с нагреванием проводников нагреваютсяпомещенные в термостат спаи трех термопар. Холодные концы термопар поочередноподключить переключателем П1к милливольт­метру. Значения измеренных термо-э.д.с. занести в табл. 1.3.

Таблица1.3

<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q

, °С

ET, мВ

Термопара

медь – константан

хромель – алюмель

хромель – копель

20

90

4.Оформление отчета

1.<span Times New Roman"">     

Привести схемыэкспериментальных установок, данные измерительных приборов и исследуемыхэлементов, а также таблицы измерений.

2.<span Times New Roman"">     

По данным измерений табл.1.1 построить график зависимости R(<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q). По графику R(<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q), а также по формулам (1.3),(1.5) рассчитать и занести в таблицу 1.1 значения <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">aR, <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">r, и <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">rдля каждого изисследованных проводников. По данным таблицы 1.1 построить графики зависимостейR(<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q), <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">r(<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q), <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">aR(<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q)и <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">r<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">(<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">).

3.<span Times New Roman"">     

Рассчитать длины свободногопробега электронов для исследованных проводников при комнатной температуре.

4.<span Times New Roman"">     

По данным таблицы 1.2 и поформуле (1.6) рассчитать средние значения относительной удельной термо-э.д.с.для исследованных термопар. построить графики зависимостей ЕТ(<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q).

5.<span Times New Roman"">      

Привести краткое описаниеисследованных в работе материалов (хими­ческий состав, электрические свойства,области применения).

6.<span Times New Roman"">     

Дать краткие выводы порезультатам работы.<span Times New Roman",«serif»; letter-spacing:2.0pt">Контрольные вопросы

1.<span Times New Roman"">      

2.<span Times New Roman"">      

3.<span Times New Roman"">      

4.<span Times New Roman"">      

5.<span Times New Roman"">      

6.<span Times New Roman"">      

7.<span Times New Roman"">      

8.<span Times New Roman"">      

Работа 2.Исследованиесвойств терморезисторов

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»;letter-spacing:2.0pt">Цель работы

:

а)определение зависимости сопротивления терморезисторов от температуры;

б)определение энергии активации и коэффициента температурной чувствительности полупроводника;

в)оценка величины постоянной времени тепловой инер­ции терморезисторов;

г)построение динамических вольтамперных характеристик терморезисторов.

1.Краткие сведения из теории

Терморезисторомназывается полупроводниковый резистор, сопротивление которого всильной степени зависит от температуры.

Удельная электрическаяпроводимость полупроводников

 <img src="/cache/referats/9118/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1033">                                                          (2.1)

где <img src="/cache/referats/9118/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1034"> – концентрация, <img src="/cache/referats/9118/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1035">

В примесных (n-типа или p-типа)полупроводниках одним из слагаемых в приведенном выражении можно пренебречь.

Подвижность носителей при нагревании изменяетсясравнительно слабо (по степенному закону, <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">~

<img src="/cache/referats/9118/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1036"><span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">~<img src="/cache/referats/9118/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1037">

<img src="/cache/referats/9118/image034.gif" v:shapes="_x0000_i1038"><img src="/cache/referats/9118/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1039">                                                 (2.2)

где Nо– коэффициент, зависящий от типа и геометрическихразмеров полупроводника; <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type: symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D

Э– энергия активациипримесей (для примесных полупроводников) или ширина запрещенной зоны (длясобственных полупроводников), k–постоянная Больцмана.

постоянная В =<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D

Э/k  носит название коэффициент температурной чувствительности и приводится впаспортных  данных на терморезистор. экспериментально коэффициенттемпературной чувствительности определяют по формуле

<img src="/cache/referats/9118/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1040">                                                     (2.3)

где Т1и Т2– исходная и конечнаятемпературы рабочего температурного диапазона, R1и R2– сопротивления терморезистора при температуре соответственно Т1и Т2.

<img src="/cache/referats/9118/image040.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1119">На рис. 2.1 приведен графикзависимости сопротивления полупроводникового резистора от температуры.

Чаще всего терморезисторыимеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a

R.Выпускаются также терморезисторы, имеющие в сравнительно узком интервалетемператур положительный <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">aR  и называемые позисторами. При нагревании величина сопротивления терморезисторовубы­вает, а позисторов возрастает в сотни и тысячи раз. В справочниках значение <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">aRприводится для температуры20 оС. Значения <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">aRтерморезисторов для любойтемпературы в диапазоне 20…150 оС можно определить по формуле: 

<img src="/cache/referats/9118/image042.gif" v:shapes="_x0000_i1041">                              (2.4)

терморезистор характеризуется оп­ределенной тепловой инерцией,зависящей от химических свойств полупроводника и конструкции элемента (площадиизлучающей поверхности). Тепловая инерция оценивается постоянной времени <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">t

– временем, за которое разность между собственной температурой тела итемпературой среды уменьшается в е(2,7183) раз.

Еслитерморезистор, имеющий температуру <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q

о, поместить в среду стемпературой <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">qс<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">¹<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">qо,то его температурабудет изменяться с течением времени по показательному закону:

<img src="/cache/referats/9118/image044.gif" v:shapes="_x0000_i1042">                                                    (2.5)

На рис.2.2 показан процессизменения температуры терморезистора при его остывании.

С остыванием терморезисторасопротивление его увеличивается (рис. 2.3). Знание зависи­мостей R(<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q

)(рис.2.1) и R(t)(рис. 2.3) позволяет, задаваясь значениями R  и определяя по кривым рис. 2.1и 2.3 соответствующие им значения <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">qи t, построить зависимость <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">q(t)иопределить <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">t.

<img src="/cache/referats/9118/image046.gif" v:shapes="_x0000_i1043">

<img src="/cache/referats/9118/image048.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1118">Различают статическую и динамическую вольтамперные характеристики (ВАХ) терморезистора. Приснятии статической ВАХ ток фикси­руется после длительной выдержкитерморезистора при каждом значении напряжения. Динамическая ВАХ показываетреакцию тер­морезистора на воздействие импульсов напряжения разной величины, ноодинаковой длительности. токфиксируется в конце импульса.

Терморезистор обладает одной статической и семействомдинамических ВАХ, соответствующих  рядуфиксированных длительностей <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D

tимпульсов напряжения. ВАХтерморезистора являются нелинейными. динамическиеВАХ терморезистора приведены на рис. 2.4.

При длительности импульса <img src="/cache/referats/9118/image050.gif" v:shapes="_x0000_i1044"> терморезистор неуспевает нагреться и сопротивление его практически не изменяется с ростомнапряжения. При длительности <img src="/cache/referats/9118/image052.gif" v:shapes="_x0000_i1045"> терморезисторнагревается, и  ВАХ становитсясущественно нелинейной. Чем больше длительность импульса, тем больше ток приодной и той же величине напряжения. Статическая ВАХ соответствует <img src="/cache/referats/9118/image054.gif" v:shapes="_x0000_i1046">

2. Описание экспериментальной установки

Эксперимент проводится наустановке аналогичной изображенной на рис.1.3. терморезистор помещается в термо­стат, температура внутрикоторого измеряется термометром или термопарой. Сопротивление резистораизмеряется омметром.

снятие вольтамперныххарактеристик выпол

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике