Температуры, применяемого в системах контроля судового оборудования

 

Цель работы – исследовать влияние температуры на сопротивление собственного полупроводника и определить калибровочную характеристику германиевого датчика температуры.

[1, с.17-39]; [4, c.67-89].

 

Методика проведения эксперимента

В работе исследуется температурный датчик на основе собственного германия. По результатам работы необходимо определить калибровочную характеристику датчика.

Известно, что сопротивление собственного полупроводника уменьшается с повышением температуры согласно экспоненциальному закону

, (1.1)

 

где ρ₀ − удельное сопротивление полупроводника при неограниченно большой температуре;

ΔΕ − ширина запрещенной зоны;

К =8,62.10^-5 эВ/К − постоянная Больцмана;

Т − абсолютная температура.

Прологарифмируем эту зависимость

. (1.2)

Отсюда выходит, что в координатах , наблюдается линейная зависимость с угловым коэффициентом В (рис.1.1)

. (1.3)

В этом случае калибровочная прямая датчика температуры на основе собственного полупроводника имеет вид

, (1.4)

 

где Т_i – измеряемая температура в ⁰С;

В – угловой коэффициент, определяемый по (1.2);

lnR₀ – натуральный логарифм сопротивления полупроводника при бесконечно большой температуре, который определяется экспериментально при калибровке датчика (см. выражение 1.5);

lnR_i – натуральный логарифм сопротивления полупроводника при измеряемой температуре.

Значение коэффициента lnR₀ можно определить усреднением экспериментальных данных согласно:

. (1.5)

В дальнейшем, получив калибровочную кривую температурного датчика по значению измеренного значения сопротивления датчика можно рассчитать температуру окружающей среды согласно (1.4).

Таким образом, получив экспериментально зависимость сопротивления собственного полупроводника от температуры, необходимо перестроить ее в координатах , а затем аппроксимировать ее прямой линией на участке высоких температур и определить угловой коэффициент полученной прямой с помощью соотношения

. (1.6)

 

Экспериментально зависимость R = ¦(T) снимают с помощью схемы измерения, изображенной на рис. 1.2.

 

Ход работы

1. Поместить плату с исследуемыми образцами в термостат.

2. Измерить сопротивление собственного полупроводника при комнатной температуре. Образцы выбирают с помощью нажатия кнопки “+” на стенде. Значение температуры и сопротивления образцов занести в табл.1.1.

3. Нажать кнопку “НАГРЕВ” на стенде. При этом включится нагрев термостата. Нагрев прекратится при температуре 30⁰ С. При этом за 2 градуса будет подан звуковой сигнал. Дождаться температуры 30⁰ С и повторить измерения при этой температуре. После измерения опять нажать кнопку “НАГРЕВ” на стенде.

4. Замерять по мере прогревания термостата сопротивление образца и температуру среды через каждые 10^о в интервале от комнатной температуры до 90^оС. Результаты измерения занести в табл.1.1.

 

Таблица 1.1 - К расчету параметров полупроводников

Тi, ^оС	Ri, Ом	Ti, К	1/Ti, К^-1	ln Ri	B, К согласно (1.6)	ln R0 согласно (1.5)	ln R0 среднее значение	TPAC, ^0C, согласно (1.4)	Ошибка ΔТ=ТРАС-Тi
^*
30^0
40^0
50^0
60^0
70^0
80^0
90^0

* сюда занести значение комнатной температуры по показаниям на дисплее стенда.

 

Задание к лабораторной работе

1. Построить зависимость ln R_i = ¦(1/T) для собственного полупроводника. По температурной зависимости сопротивления собственного полупроводника определить угловой коэффициент согласно (1.6) и рис.1.1.

2. Рассчитать значение коэффициента lnR₀ для каждой температуры согласно (1.5) и найти его среднее значение.

3. Определить аналитический вид калибровочной прямой температурного датчика.

4. Рассчитать значения температуры для экспериментально полученных значений сопротивления датчика согласно (1.4) и определить ошибку измерения температуры.

5. Результаты расчетов занести в табл.1.1.

6. Сделать выводы о влиянии температуры на электрическую проводимость собственного полупроводника.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Какие материалы относятся к классу полупроводников?

2. Назовите основные параметры полупроводниковых материалов.

3. Какие факторы определяют электрическую проводимость полупроводников?

4. Что такое собственная и примесная проводимость?

5. Какие параметры полупроводников можно определить с помощью температурной зависимости их сопротивления?

6. Чем отличается температурная зависимость удельного сопротивления собственного полупроводника от примесного?

7. Чем отличается зависимость подвижности собственного и примесного полупроводника от температуры?

8. Что такое примесь замещения и примесь внедрения?

10. Какие параметры примесного полупроводника можно определить по температурной зависимости концентрации свободных носителей заряда?

11. Что такое калибровочная характеристика датчика температуры? Как определить ее коэффициенты экспериментально?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2