半导体热敏电阻特性的研究（平衡电桥）
热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）以及临界温度热敏电阻（CTR）。正温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越大，常见的正温度系数电阻有BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体；负温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越低，该电阻材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷。
热敏电阻的主要特点是：①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；②工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；⑤易加工成复杂的形状，可大批量生产；⑥稳定性好、过载能力强。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。
一、实验目的
1．了解热敏电阻的电阻---温度特性和测温原理 2．掌握惠斯通电桥的原理和使用方法
二、实验原理
1．半导体热敏电阻的电阻-温度特性
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RT和绝对温度T的关系可表示为
RT?aebT （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，T取绝对温度。
定义电阻温度系数为：
??1dRT （2）
RTdT按照温度系数不同分为和负温度系数，正温度系数热敏电阻在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻在温度越高时电阻值越低。
（1）式中常数a、b可通过实验方法测得。常利用多个T和RT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（1）式两边的对数。变换成直线方程：
lnRT?lna?bT （3）
或写作 Y?A?BX 式中Y?lnRT,A?lna,B?b,X?1T，然后取X、Y分别为横、纵坐标，对不同的温度T测得对应的RT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＝eA。
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电阻温度系数
1dRTb??2?10%0 （4） ??RTdTT显然，半导体热敏电阻的温度系数是负的，并与温度有关。 2．用惠斯顿电桥测量半导体热敏电阻
惠斯顿电桥的原理图如图1所示， 四个电阻R0，R1，R2，Rx组成一个四边形，即电桥的四个臂，其中Rx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两点电位相等时，G中无电流通过，电桥便达到了平衡。平衡时必有
R1RX?R0 （5）
R2R1、R2和R0都已知，Rx即可求出。
图1.实验原理图
电桥属于非常灵敏的原件，电桥灵敏度的定义为：
S??n （6）
?R0/R0其中，R0 是电桥平衡时比较臂的电阻， ΔR0 是在电桥平衡后R0的微小改变量，Δ n越大，说明电桥灵敏度越高。
三、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
四、实验内容
1．求电桥灵敏度：
02 热敏电阻温度特性研究实验(2014)
