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1、word电桥测非线性元件的伏安特性曲线物理学二班 成贵林 学号201333010206 指导教师 【摘要】本次实验的重点是用电桥法测量二极管的伏安特性和热敏电阻的温度特性，并且绘制出相应的曲线，以与了解半导体温度计的结构与使用方法。【关键词】惠斯通电桥法 非平衡电桥法 二极管 热敏电阻 温度计【英文摘要】This key point of this experiment is to use a bridge to measure volt-ampere characteristic of diode and thermistor temperature characteristic, and
2、draw the corresponding curve, and understand the structure and using method of semiconductor thermometer.引言普通物理实验中都是用伏安法测二极管特性, 存在较大的系统误差。笔者对惠斯登电桥略加改良后用以侧二极管特性, 试脸结果比伏安法更灵教, 更准确, 更直观。实验原理与理论法分析一、 电桥法侧二极管的伏安特性曲线 半导体二极管：半导体二极管的特性是单项导电性。即当外加正向电压时，它呈现的电阻正向电阻比拟小，通过的电流比拟大，当外加反向电压时，它呈现的电阻反向电阻很大，通过的电流比很小，通常
3、可以忽略不计。反响二极管的电流随电压变化的关系曲线，叫做二极管的伏安特性。测量二极管的伏安特性通常需要交替使用电流表的内接和外接法，才能减少电流表和电压表的接入影响所造成的系统误差。但在实际测量中，由于二极管的正向压降很小，而通常低量程的直流电压表内阻Rv不是很大，电流表的内阻Ra也不太小，它们接入后对电路的影响仍然比拟明显，因而测量误差的结果很难降低较多。位置准确地测量二极管的伏安特性，必须有效的降低电流表，电压表的接入影响。利用电桥平衡原理测二极管的伏安特性的电路如图1所示电流表和电压表分别作为直流电桥的一个桥臂。构成桥式电路，图中G为检流计，Rw3为限流电阻。调整Rw1、Rw2使电桥平衡
4、。如此此时电流表上的电流即为流过二极管D上的电流Id，电流表所测的电压即为二极管两端的电压Vd，选定不同的Vd值，记录相应的Id。图一电桥法侧二极管的伏安特性曲线二、热敏电阻温度计的原理 当RT在某一温度下，将电桥调平衡后。改变RT所处的温度，RT的阻值将发生变化，从而电桥失去平衡，这时检流计的示数将是RT 处温度增量的函数。如果测出检流计的示数与 RT 温度的关系，就可利用此非平衡电桥去测量 处未知温度之值，此既是热敏电阻温度计的原理。图二热敏电阻温度计的原理E为直流电源，K1为工作开关N调零，M校正，P测量，RT为热敏电阻，G为微安表，KG为检流计开关，KE为电源开关。假如此温度计的测量X
5、围为t1-t2(c)，如此电阻RN的阻值等于RT在t1时之值，RM等于RT在t2时之值。RN,RM用于校正温度计。三、半导体热敏电阻的特性的研究 热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻，它具有许多独特的优点，如能测出温度的微小变化，能长期工作，体积小，结构简单等。它在自动化，遥控，无线电技术，测温技术等方面都有广泛的应用。热敏电阻的根本特性是温度特性。在半导体中原子核对价电子的要比金属中的大，因而自由载流子数较少，故半导体的电阻率较高而金属的电阻率低，由于半导体中载流子数目是随着温度升高而按指数激烈地增加，载流子的数目越多，导电能力越强，电阻率就越小，因而热敏电阻随着温度升高它的电阻
6、率将按指数规律迅速减小。这和金属中自由电子恰好相反，金属的电阻率是随温度上升而缓慢增大的。图6-1是热敏电阻和金属铂电阻随温度而变化的特性曲线。由实验可知，当温度有0变到300时，金属铂的电阻值总共变化一倍，而一般的热敏电阻值变化可达1000倍左右，所以半导体的电阻温度系数远远大于金属。实验明确，在一定的温度X围内，半导体的电阻率p和绝对T之间的关系可用下式表示： 0 eb/t 1 式中0和b为常量，其数值与材料的物理性质有关。热敏电阻的阻值，根据电阻定律可写成RT=l/s=0 eb/t l/s=a eb/t (2)式中l为电极间的距离，s为热敏电阻的横截面积，a=0l/s,常量a,b可用实验
7、的方法求出。 将式6-2两侧取对数，得RT=a+b/T (3)令x=1/T,Y=RT, A=a,如此式3写成y=A+bx (4)式中x,y可由测量值T,RT求出，利用n组测量值，可用图解法，计算法或最小二乘法求出参数A,b之值，又可由A求出a值，注意温度T的热力学温度k。 热敏电阻RT在不同温度时的电阻值，可由惠斯通电桥测得，测量电路如图6-2所示。图中RT为热敏电阻，R0,R1,R2均为电阻箱，E为直流电源，G为检流计，当电桥平衡时 RT=R1R0/R2 (5)即可由R0与比值R1/R2算出RT之值。调节RP可以影响测量的准确度。当开始调平衡时RP宜取得大些，随平衡要求的提高，可逐渐减小其值
8、。当RP减小时，电桥的灵敏度增加，测得的R0的有效位数增多。图三半导体热敏电阻的特性的研究实验仪器1、 电源、开关、灵敏电流计、电压表、电流表、二极管、滑动变阻器、导线假如干2、 电源、开关2、灵敏电流计、滑动变阻器、电阻箱3、热敏电阻、导线假如干。3、 直流电源、开关、选择开关、热敏电阻、微安表、滑动变阻箱、电阻箱、导线假如干、加热瓶、温度计。三、实验数据记录与处理1、Rv=650()U/vI/A数据一电桥法侧二极管的伏安特性曲线图一电桥法侧二极管的伏安特性曲线2、热敏电阻温度计定标T/2830354045505560I(A)01610数据二热敏电阻温度计图二热敏电阻温度计3、测热敏电阻的阻
9、值RT/T/K1/TlnRTRT计算值RT的相对误差682.0 29.4 302.4 0.0033068783 6.5250296578 3%657.0 33.0 306.0 0.0032679739 6.4876840185 -1%628.0 35.4 308.4 0.0032425422 6.4425401665 -1%608.0 37.0 310.0 0.0032258065 6.4101748820 -2%569.0 39.9 312.9 0.0031959092 6.3438804341 -1%554.0 41.3 314.3 0.0031816736 6.3171646867 -1
10、%528.0 43.1 316.1 0.0031635558 6.2690962837 0%499.0 45.3 318.3 0.0031416902 6.2126060958 1%465.0 48.4 321.4 0.0031113877 6.1420374056 2%数据三半导体热敏电阻的特性的研究图三半导体热敏电阻的特性的研究4.结果分析与结论由于实验本身是存在系统误差的，这是由实验仪器不精准，虽然是因为各方面的因素引起的，但本身难免会存在误差。再者由于实验环境与其操作者操作实验的不规X，造成了不可防止的偶然误差，这也是由多方米娜因素所引发，也是难免会存在的。如下列图：这是实验时读数时不规X所造成的，是可以缩小误差的。只需要读数时读数的同学认真仔细就行了。 虽然误差是不可能消除的，但是我们可以尽量的减小误差，只需要我们做实验时更加规X一些，读数时更加仔细，认真一些就行。总体来说，我们本次实验还是比拟成功的，教师也对我们的帮助很大，总是在我们毫无思绪的时候恰当的提点我们，确实让我们受益匪浅。通过这几次的实验很好的锻炼了我们自己动手与独立思考的能力，很感谢我的伙伴，敬爱的教师。物理实验论文电桥测非线性元件的伏安特性曲线专业班级：2013级物理学2班姓 名：成贵林学 号：201333010206文案大全
