Изучение характиристик термо- и фоторезисторов.

Лабораторная работа № 41

 

1. Цель работы: закрепление теоретических знаний по теме 5.9. “Элемекнты физики твердого тела”

приобретение практических навыков

изучение методики расчетов

 

2. Порядок подготовки к выполнению работы изучить тему и материал лабораторной работы

предъявить результаты,

подготовка и оформление отчета, заполнить таблички, произвести обработку результатов измерений

 

Терморезисторы (термисторы).

Зависимость сопротивления полупроводников от температуры широко используется в полупроводниковых приборах, называемых термосопротивлениями, термопарами, или терморезисторами (теперь все чаще пользуются последним термином). Их изготовляют из смеси окислов, например, двуокись титана и окись магния, закись никеля и окись магния и др. Они могут иметь различную форму и размеры, например, они бывают в виде нити, шарика, цилиндра. Наша промышленность выпускает более ста различных типов терморезисторов.

Терморезисторы нашли широкое и разнообразное применение.

1. Они широко применяются для измерения температуры. Вэтом случае они включаются в одно из плеч моста Уитстона. При изменении температуры нарушается баланс моста, о чем можно судить по показаниям гальванометра, проградуированного в градусах. Одним из преимуществ такого термометра является его дистанционность его действия. Регистрирующий прибор можно удалить от терморезистора на сотни метров. Так как сопротивление терморезистора велико, то можно пренебречь температурным изменением сопротивления подводящих проводов.

Преимуществом такого термометра является также очень высокая чувствительность. Если чувствительность применяемого гальванометра составляет 2·10^-10 а/мм, то установка будет отмечать изменение температуры на 0,0005º.

Они используются для измерения как высоких, так и низких температур.

2. Терморезисторы широко применяются для регулирования температуры. Так, например, в термостате поддерживается постоянная температура благодаря терморезистору, соединенному с чувствительным электромагнитным реле. При повышении температуры, выше заданной, сопротивление терморезистора уменьшается, ток в цепи возрастает, вследствие чего реле срабатывает и разрывает электрическую цепь накала термостата. Когда температура понизится до заданного значения, сопротивление терморезистора увеличится, и реле включит термостат в электросеть.

3. В самолетах терморезисторы используются в системе пожарной сигнализации. Кроме того, они применяются в системе, обеспечивающей прозрачность иллюминаторов. При начале обледенения температура терморезистора, укрепленного на иллюминаторе, уменьшается, его сопротивление увеличивается, что является сигналом для автоматического включения системы обогрева иллюминатора.

4. В электротехнике терморезисторы используются для пуска шунтового двигателя и для стабилизации напряжения.

Для пуска шунтового двигателя необходимо постепенно увеличивать силу тока. Для этой цели терморезистор соединяется последовательно с якорем двигателя и при включении в электрическую цепь в терморезисторе выделяется тепло Джоуля-Ленца, его сопротивление уменьшается, поэтому ток, протекающий через двигатель, возрастает и увеличивается число оборотов двигателя, пока не достигнет рабочего режима. Возрастание тока не может быть беспредельным, так как он ограничен сопротивлением цепи. Схема стабилизатора напряжения с терморезистором TR приведена на рис. …, на котором R₃ – сопротивление нагрузки, падение напряжения на котором (I₃R₃) должно быть стабильным. Следовательно, ток I₃ не должен меняться.

Это достигается следующим образом. Напряжение U_AB получаемое от сети, распределяется

U_AB = U_AC + U_СD

При увеличении напряжения в сети

U’_AB = U_AВ + U_AB

ток через сопротивление R₁ возрастает (I’1 > I1), что вызывает увеличение тока I₂, протекающего через R₂ и терморезистор. Это приводит к уменьшению сопротивления терморезистора. Таким образом, увеличивается ток в этой ветви. Параметры терморезистора подбирают такими, чтобы напряжение на нагрузке не менялось. При уменьшении напряжения U_AB ток I₁ убывает, следовательно, уменьшается ток I₂ через термосопротивления. Это вызывает уменьшение его температуры и увеличение сопротивления, что приводит к увеличению падения напряжения на участке CD. Соответствующим подбором параметров терморезистора достигается стабильность напряжения на нагрузке. При этом важно, чтобы терморезистор обладал минимальной тепловой инерцией, вследствие чего изменение сопротивления следует за изменением тока (температуры).

 

 

3. Порядок выполнения лабораторной работы

 

4. Подведение итогов выполнения работы

подготовка и оформление отчета

 

5. техника безопасности при выполнении лабораторной работы

 

Собираем электрическую цепь постоянного тока.

 

В упражнении 1. R- термосопротивление, помещенное в термостат. Подогрев термостата осуществляется электроплиткой. Снижаем показания вольтметра и амперметра и по ним находим сопротивление:

Строим график зависимости R(T)

В упражнении 2. Вместо терморезистора ставим в схему фотосопротивление. Включаем лампу накаливания и реостатом регулируем ток в цепи. Прикрываем фоторезистор цветным (красным) стеклом. Измеряем ток. Затем кладем на фоторезистор второе такое же цветное стекло и т.д.

Строим график зависимости I (Ф), где Ф – световой поток, падающий на фотосопротивление. Мы пологаем, что каждый светофильтр уменьшает световой поток на одну и ту же величину.

 

Терморезистор - это устройство, сопротивление которого меняется с температурой. Правда, надо заметить, что не все устройства, изменяющие сопротивление с температурой, называются терморезисторами. Например, резистивные термометры, которые изготавливаются из маленьких катушек витой проволоки или из напыленных металлических плёнок, хотя их параметры и зависят от температуры, однако, работают не так, как терморезисторы. Обычно термин «терморезистор» применяется по отношению к чувствительным к температуре полупроводниковым устройствам. Терморезисторы с отрицательным ТКС изготавливаются из полупроводникового материала – спеченной керамики, изготовленной из смеси оксидов металлов.

Терморезисторы широко применяются везде, и мы встречаемся с ними каждый день: на них основаны системы противопожарной безопасности, системы измерения и регулирования температуры, теплового контроля, схемы температурной компенсации, измерения мощности ВЧ. Также применение терморезисторы находят в промышленной электронике и бытовой аппаратуре, в медицине, метеорологии, в химической и других отраслях промышленности.

В этой работе рассматриваются основы самого терморезисторного эффекта, устройство терморезисторов и важнейшие их характеристики.