Снятие зависимости R(q) сопротивления терморе­зистора от температуры

3.1. снятие зависимости R(q) сопротивления терморе­зистора от температуры.

 Включить термостат, электронный термометр и омметр. Измерить сопротивление терморезистора при различных температурах – от комнатной до максимальной, равной 90°С, с интервалом Dq =10 °С. Результаты опыта занести в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Опыт		Расчет		Примечание
q	R	Т	aR
oC	Ом	К	град.-l
20 … 90				Терморезистор типа ...

3.2. опре­деление тепловой постоянной времени терморезистора.

Измерив сопротивление терморезистора при 90 °С, быстро извлечь его из термостата. Момент извлечения принять за t = 0. Отключить термостат.

фиксируя время, измерять сопротивление терморезистора при его остывании до тех пор, пока оно не увеличится примерно в три раза. Данные измерений занести в табл. 2.2.

Таблица 2.2

t	с	0	10	20	30	40	50	60	70	и т. д.
R	Ом

3.3. Снятие динамических вольтамперных характеристик

 Собрать электрическую схему установки в соответствии с рис. 2.5.

Установить напряжение на выходе источника питания ИП равное 5В. Замкнув ключ К, записать показания миллиам­перметра в начальный момент времени и далее через каждые 10 секунд. Через 60 с ключ разомкнуть. Перед следующим измерением выдержать минутную паузу для охлаждения терморезистора. Повторить измерения для напряжений 10, 15, 20, 25, 30 В; длительность паузы с ростом напряжения следует увеличивать. Результаты опыта занести в табл. 2.3.

Таблица 2.3

U, В	i (мА) через с
	t = 0	10	20	30	40	50	60	Примечание
5								Тип резистора …
10
…
30

4. Оформление отчета

1.    Привести схемы экспериментальных установок, данные измерительных приборов и исследуемых элементов, а также таблицы измерений.

2.    Для исследованного температурного диапазона определить по формулам (2.2) и (2.3) энергию активации DЭ и коэффициент температурной чувствительности В терморези­стора.

3.    Рассчитать по формуле (2.4) и занести в табл. 2.1 значения a_R. по данным табл. 2.1 построить графики зависимостей R=f(q) и a_R= f(q).

4.    на основании данных табл. 2.1 и 2.2. построить график зависимости q(t). Определить постоянную времени t тепловой инерции терморезистора. За температуру среды q_с принять комнатную температуру.

5.    по данным табл. 2.3 построить динамические вольтамперные характеристики терморезистора.

6.    дать краткие выводы по результатам работы.

Контрольные вопросы

1.    Что называют терморезистором?

2.    Чем обусловлена электропроводность полупроводников?

3.    В чем причина сильной температурной зависимости сопротивления полупроводниковых резисторов?

4.    Что такое коэффициент температурной чувствительности, как его можно определить экспериментально?

5.    Почему терморезисторы обладают отрицательным температурным коэффициентом сопротивления?

6.    Что такое постоянная времени терморезистора, отчего зависит ее величина?

7.    Как практически можно определить постоянную времени терморезистора?

8.    В чем различие между статической и динамической ВАХ терморезистора?

Работа З. Исследование свойств варисторов

Цель работы – исследование основных свойств варисторов и иллюстрация их практического применения.

1. Краткие сведения из теории

варистором называется нелинейный полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от приложенного напряжения.

Варисторы изготавливаются из размолотого карбида кремния (SiC) с добавкой связующего вещества.

Причинами, обусловливающими нелинейность вольтамперной характери­стики варистора, являются:

– микронагрев контактов между отдельными зернами карбида кремния, приводящий к возрастанию проводимости элемента во всем объеме;

– увеличение проводимости вследствие частичного про­боя оксидных пленок, покрывающих зерна карбида кремния, при напряженностях электрического поля E = 10⁵…10⁶ В/м;

– существование на поверхности зерен карбида кремния запирающих р-п-переходов, обусловленных различ­ным характером электропроводности по поверхности и в объеме отдельного зерна SiC.

ВАХ варистора (рис. 3.1), как и всякого нели­нейного резистора, в рабочей точке (точка А) харак­теризуется статическим и дифференциальным сопротивле­ниями

 (3.1)

где М_U, M_I — масштабы по осям координат.

Степень нелинейности ВАХ оценивается коэффициентом нелинейности

, (3.2)

который у варисторов довольно велик (b = 2…7) и несколько меняется в различных точках ВАХ. Разделяя переменные в выражении (3.2) и интегрируя, можно получить аналитическую аппроксимацию ВАХ варистора , (3.3)

 где В – посто­янная, зависящая от свойств полупроводникового материала и геометрических размеров варистора.

Варисторы широко применяются в технике для защиты от перенапряжений (искрогасители), в стабилизаторах и ограничителях напряжения, в преобразователях сигнала (умножители частоты). В данной работе исследуется мостовой стабили­затор напряжения на варисторах (рис. 3.2). напряжение на выходе стабилизатора равно разности напряжений на варисторе (U) и на линейном резисторе (U_R): U_вых = U - U_R. С ростом входного напряжения U_вх растет ток в элементах моста. Выходное напря­жение, как видно из рис. 3.3, вначале увеличи­вается, затем падает до нуля и после изменения знака снова растет по абсолютной величине. Внешняя характери­стика стабилизатора U_вых(U_вх) в режиме холостого хода приведена на рис. 3.4.

Выходное напря­жение остается приблизительно постоянным при изменении входного напряжения от U_вх1до U_вх2, когда величина диф­ференциального сопротивления варистора равна или близка к величине сопротивления линейного резистора. Количественной оценкой стабилизации напряжения является коэффициент стабилизации

(3.4)

При синусоидальном входном напряжении мост стабили­зирует действующее значение выходного напряжения. Последнее содержит третью гармонику, удельный вес кото­рой возрастает с ростом амплитуды входного напряжения.

2. Описание экспериментальной установки

Вольтамперные характеристики варистора снимаются по схеме рис. 2.5. Осциллографическое исследование варистора прово­дится по схеме рис. 3.5.

Измерительной цепь питается от задающего генератора ЗГ. Переключатель П подключает на вход осциллографа ЭО варистор или (для масштабирования осциллографа) линейный резистор R. на вертикальные пла­стины ЭО подается напряжение с линейного резистора R_о, пропорциональное току через варистор, на горизонтальные пластины – напряжение на варисторе. Таким образом, на экране осциллографа воспроизво­дится динамическая ВАХ исследуемого элемента. Входное напряжение измеряется цифровым вольтметром V.

Исследование мостового стабилизатора на варисторах проводится по схеме рис.3.6. Питание осуществляется или от источника постоянного напряжения, или от задающего генератора в зависимость от положения переключателя П₁.

Переключатель П₂ служит для переключения вольтметра и осциллографа к входным или выходным зажимам моста.

3. Порядок выполнения работы