Определение температурного коэффициента сопротивления у проводниковых материалов

Цель работы: Определить температурные коэффициенты сопротивления различных проводников и полупроводников, а также прямого напряжения р-n перехода кремниевого диода.

Общие сведения:

Температурный коэффициент электрического сопротивления - величина, равная относительному изменению электрического сопротивления участка электрической цепи или удельного сопротивления вещества при изменении температуры на единицу.

Температурный коэффициент сопротивления характеризует зависимость электрического сопротивления от температуры и измеряется в кельвинах в минус первой степени (K⁻¹).

Для большинства металлов температурный коэффициент сопротивления положителен: их сопротивление растёт с ростом температуры, так как вследствие усилений колебаний узлов кристаллической решетки с ростом температуры появляется все больше и больше препятствий на пути направленного движения свободных электронов под действием электрического поля, т. е. уменьшается средняя длина свободного пробега электрона λ, уменьшается подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость металлов и возрастает удельное сопротивление.

Для полупроводников без примесей он отрицателен (сопротивление с ростом температуры падает), поскольку при повышении температуры всё большее число электронов переходит в зону проводимости, соответственно увеличивается и концентрация дырок. Качественно такой же характер (и по тем же причинам) имеет температурная зависимость сопротивления твёрдых и неполярных жидких диэлектриков. Полярные жидкости уменьшают своё удельное сопротивление с ростом температуры более резко вследствие роста степени диссоциации и уменьшения вязкости.

Температурная зависимость сопротивления металлических сплавов, газов, легированных полупроводников и электролитов носит более сложный характер.

Существуют сплавы (константан, манганин), имеющие очень малый температурный коэффициент сопротивления, то есть их сопротивление очень слабо зависит от температуры. Эти сплавы применяются в электроизмерительной аппаратуре.

Температурный коэффициент удельного сопротивления или средний температурный коэффициент удельного сопротивления выражается:

; , (3.3)

где ρ₁и ρ₂ – удельные сопротивления проводника при температурах Т₁ и Т₂ соответственно Т₂ >Т_1.

В технических справочниках обычно приводится величина α, с помощью которой можно приближенно определить ρ при произвольной температуре Т:

ρ=ρ₁(1+α_ρ(Т-Т₁)) (3.4)

Это выражение дает точное значение удельного сопротивления только для линейной зависимости ρ(Т). В остальных случаях этот метод является приближенным; он тем точнее, чем уже интервал температур, который использовании для определения α_ρ.