Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie
Laboratorium z Nauki o Materiałach
Ćwiczenie nr 8:
BADANIE WA
AŚCIWOŚCI ELEKTRYCZNYCH REZYSTORÓW
LINIOWYCH I NIELINIOWYCH
III rok, studia niestacjonarne, technologia chemiczna
Temat ćwiczenia: Data
wykonania:
Badanie właściwości elektrycznych rezystorów liniowych
Nr ćwiczenia
17.03.2012
i nieliniowych.
8
Ocena:
Wykonał
Prowadzący:
mgr Józef Nawracaj
dr Grzegorz Grabowski
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zbadanie podstawowych charakterystyk elektrycznych trzech
rodzajów rezystorów wykonanych z tytanianu baru, tlenku żelaza i wegla.
Wstęp teoretyczny:
Materiały ceramiczne znajdują szerokie zastosowanie w elektronice i elektrotechnice.
Jednym z nich jest wykorzystywanie ceramiki do budowy rezystorów, czyli elementów, które
rozpraszają strumień elektronów, w wyniku czego następuję spadek napięcia na takim
elemencie połączony najczęściej z wydzielaniem ciepła.
Główną cechą charakteryzującą rezystory jest ich charakterystyka prądowo 
napięciowa, napięciowo  prądowa lub zależność ich rezystancji od temperatury.
Liniowy przebieg funkcji I = f(U) pozwala zaklasyfikować rezystor jako liniowy.
Istnieje też grupa rezystorów dla których przebieg wspomnianej funkcji ma charakter
nieliniowy. Jeżeli ta nieliniowość spowodowana jest temperatura to wtedy mówimy o grupie
rezystorów zwanych termistorami.
Istnieją dwie grupy termistorów:
PTC  charakteryzuje je silny wzrost rezystancji wraz ze wzrostem temperatury, wzrost ten
następuje w stosunkowo niewielkim zakresie temperatur. Materiały o takich właściwościach
wytwarzane są głównie na bazie tytanianu baru. Zjawisko wzrostu rezystancji w funkcji
temperatury (inaczej PTC czyli dodatni temperaturowy współczynnik rezystancji) zachodzi
tam podczas przemiany fazowej ferroelektyka w paraelektryk. Temperatura początku tej
przemiany fazowej określana jest mianem temperatury Curie. Określa ona temperaturowy
0
zakres stosowania termistora. Dla czystego tytanianu baru wynosi ona 127 C. Zmianę tej
temperatury osiąga się poprzez odpowiednie domieszkowanie, przy czym zakres modyfikacji
jest bardzo szeroki. Osiąga się temperatury Curie w zakresie -100 do 250 0 C.
NTC  w tego typu termistorach zachodzi proces odwrotny, rezystancja maleje wraz ze
wzrostem temperatury. Termistory posiadają ujemny temperaturowy współczynnik
rezystancji. Wykonywane są głównie z metali grup przejściowych takich jak mangan, nikiel,
kobalt, żelazo i miedz
a mówiąc dokładniej z tlenków tych metali, które w procesie
technologicznym modyfikowane są poprzez domieszkowanie innymi tlenkami (np. tlenek
tytanu) Przyrost temperatury powoduje wzrost stężenia nośników ładunku elektrycznego,
wzrost prądu i w efekcie spadek rezystancji.
2
 Termistor PTC [BaTiO3]
A. Badanie charakterystyki prądowo-napięciowej
Napięcie U Natężenie I
L.p.
[V] [mA]
1. 3,1 10
2. 5,1 14
3. 7,1 15
4. 9,1 15
5. 11,1 16
6. 13,1 16
7. 15,1 16
8. 17,1 16
9. 19,1 16
10. 21,1 15
11. 23,1 15
12. 25,1 15
13. 27,1 15
Tabela 1. Charakterystyka prądowo- napięciowa badanego termistora PTC
18
I [mA]
16
14
12
10
8
6
4
2
0
3,1 8,1 13,1 18,1 23,1 28,1 33,1
U [V]
Wykres nr 1. Zależność I=f (U) dla badanego termistora PTC
3
B. Badanie zależności rezystancji od temperatury
Parametry pomiaru:
" U = 6 V
" T0 = 22 0C
Temperatura T Natężenie I Rezystancja R
L.p.
[0C] [mA] [&!]
1. 22 13 462
2. 25 13 462
3. 28 12 500
4. 31 11 545
5. 34 10 600
6. 37 9 667
7. 40 8 750
8. 43 7 857
9. 46 6 1000
10. 49 5 1200
11. 52 5 1200
12. 55 4 1500
13. 58 3 2000
14. 61 3 2000
15. 64 3 2000
Tabela nr 2. Zależność prądu płynącego przez badany termistor od jego temperatury pracy.
2500
R [&!]
2000
1500
1000
500
0
22 27 32 37 42 47 52 57 62 67
T [C]
Wykres nr 2. Zależność rezystancji badanego termistora od temperatury.
4
C. Wyznaczenie TWR.
Prostoliniowość zależności R = f(T) przyjęto w zakresie temperatur 25  37 0 C
"R
TWR =
R0 *"T
T0 = 250C
R0 = 462&!
"T = 370 - 250 =120
"R = 667&! - 462&! = 205&!
205&!
-1
TWR = = 0,037K
462&!*120
D. Temperatura Curie.
0
Wyraz
ny wzrost rezystancji termistora nastąpił w temperaturze ok. 52 C. W zakresie
temperatur 52  61 0C. rezystancja wzrosła o 800 &!. Współczynnik temperaturowej czułości
termistora wyniósł w tym zakresie 7, 40%/K. Wartość tej temperatury jest o 180 mniejsza od
wartości podawanej przez producenta.
E. Wyznaczenie RMAX/R0
R0 = 462&!
RMAX = 2000&!
RMAX 2000&!
= = 4.33
R0 462&!
5
Termistor NTC [tlenek żelaza]
A. Badanie charakterystyki prądowo-napięciowej
Napięcie U Natężenie I
L.p.
[V] [mA]
1. 3,1 5
2. 5,1 9
3. 7,1 12
4. 9,1 16
5. 11,1 20
6. 13,1 25
7. 15,1 31
8. 17,1 40
9. 19,1 50
10. 21,1 69
11. 23,1 110
12. 24,8 140
Tabela 3. Charakterystyka prądowo- napięciowa badanego termistora NTC
160
I [mA]
140
120
100
80
60
40
20
0
3,1 8,1 13,1 18,1 23,1
U [V]
Wykres nr 3. Zależność I=f (U) dla badanego termistora NTC
6
B. Badanie zależności rezystancji od temperatury
Parametry pomiaru:
" U = 6 V
" T0 = 22 0C
Temperatura T Natężenie I Rezystancja R
L.p.
[0C] [mA] [&!]
1. 22 12 500
2. 25 12 500
3. 28 12 500
4. 31 12 500
5. 34 13 462
6. 37 14 429
7. 40 15 400
8. 43 16 375
9. 46 18 333
10. 49 18 333
11. 52 19 316
12. 55 20 300
13. 58 21 286
14. 61 23 261
15. 64 24 250
Tabela nr 4. Zależność prądu płynącego przez badany termistor od jego temperatury pracy.
600
R[&!]
500
400
300
200
100
0
22 27 32 37 42 47 52 57 62
T [C]
Wykres nr 4. Zależność rezystancji badanego termistora od temperatury
7
C. Wyznaczenie temperaturowej czułości termistora:
R2 - R1
ą = 100
R1(T2 -T1)
R2 = 250&!
R1 = 500&!
T1 = 310C
T2 = 640C
- 250&!
ą = 100 = -1,51% / K
500&!(330)
D. Wyznaczenie RMAX/R0:
R0 = 500&!
RMAX = 250&!
RMAX
= 0,5
R0
8
Rezystor  X
A. Badanie charakterystyki prądowo-napięciowej
Napięcie U Natężenie I
L.p.
[V] [mA]
1. 3,1 17
2. 5,1 33
3. 7,1 48
4. 9,1 59
5. 11,1 63
6. 13,1 63
7. 15,1 56
8. 17,1 48
9. 19,1 43
10. 21,1 40
11. 23,1 37
12. 25,1 35
13. 26,9 35
Tabela 5. Charakterystyka prądowo- napięciowa badanego rezystora.
70
60
50
40
30
20
10
0
3,1 8,1 13,1 18,1 23,1 28,1
U [V]
Wykres nr 5. Zależność I=f (U) dla badanego rezystora
9
]
A
m
[
I
B. Badanie zależności rezystancji od temperatury
Parametry pomiaru:
" U = 6 V
" T0 = 22 0C
Temperatura T Natężenie I Rezystancja R
L.p.
[0C] [mA] [&!]
1. 22 39 154
2. 25 39 154
3. 28 39 154
4. 31 38 158
5. 34 38 158
6. 37 38 158
7. 40 37 162
8. 43 37 162
9. 46 36 167
10. 49 35 171
11. 52 35 171
12. 55 34 176
13. 58 33 182
14. 61 33 182
15. 64 31 194
Tabela nr 6. Zależność prądu płynącego przez badany rezystor od jego temperatury pracy.
200
R[&!]
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
22 27 32 37 42 47 52 57 62 67
T [C]
Wykres nr 6. Zależność rezystancji badanego rezystora od temperatury.
10
Wnioski:
Termistor PTC:
Charakterystyka prądowo  napięciowa badanego termistora potwierdziła jego
nieliniowość. W temperaturze otoczenia zmianie napięcia nie towarzyszyła zmiana
mierzonego prądu co jest charakterystyczne dla rezystorów liniowych. Zaobserwowano
utrzymywanie się wartości mierzonego prądu na  w dużym uproszeniu  stałym poziomie
pomimo zwiększania napięcia, co oczywiście oznacza, że rezystancja zmieniała się w
szerokim zakresie. I tak dla napięcia 3.1 V wynosiła 310 &!, dla wartości 15,1 V - już 943 &!,
a dla najwyższego uzyskanego napięcia już 1806 &!.
Uzyskane wyniki, podczas badania w warunkach wzrostu temperatury potwierdziły
występowanie zjawiska dodatniego temperaturowego współczynnika rezystancji. W miarę
podgrzewania obserwowano spadek wartości mierzonego prądu, co przy stałym napięciu
musiało oznaczać wzrost rezystancji termistora.
Sporządzona zależność wyraz
nie pokazuje przedział temperatur, w którym nastąpił
gwałtowny przyrost rezystancji. Termistor w początkowym zakresie temperatur spełniał
niemal w całości prawo Ohma. Pod wpływem temperatury rezystancja zaczęła rosnąć,
0
nadwieszą dynamikę przyrostu zanotowano w przedziale 52 - 58 C. Wykres wyraz
nie
pokazuje także zjawiska związane z początkiem przemiany fazowej tego ferroelektryka, czyli
ustabilizowanie rezystancji w niewielkim zakresie temperatur tuz przed przemianą a w
temperaturach powyżej tego zakresu dalsze podgrzewanie nie powodowało zmian rezystancji.
Przemiana fazowa została zakończona, tytanian baru uległ częściowej przebudowie układu
krystalograficznego czemu towarzyszy spadek przenikalności dielektrycznej.
Termistor NTC:
Charakterystyka prądowo  napięciowa badanego termistora pokazała systematyczny
spadek rezystancji w stałej temperaturze otoczenia i przy zwiększaniu wartości napięcia. Od
620 &! dla 3,1 V do 177 &! dla maksymalnego napięcia wynoszącego 24, 8 V. Potwiedza to
jego nieliniowy charakter. Przy czym wyraz
ne załamanie krzywej - czyli wzrost mierzonego
prądu  następuje od około 20 V. Tłumaczyć to można faktem, że zwiększane napięcie
powodowało nagrzewanie się termistora, zjawisko to wyraz
nie nasiliło się powyżej 20 V. W
wyniku samonagrzewania się stężenie nośników ładunku gwałtownie wzrosło, wartość
mierzonego prądu wzrosła czyli w efekcie uzyskano efekt NTC,
Analogiczny efekt NTC uzyskano zwiększając wartość temperatury przy stałym
napięciu. Napięcie 6 V stosowane podczas badania termistora nie powodowało silnego
samonagrzewania, efekt NTC był wynikiem przede wszystkim zwiększania temperatury.
Zmiana rezystancji odbywała się niemal liniowo już od temperatury 310 C.
11
Nieznany rezystor.
Badany rezystor nie wykazał cech PTC i NTC. W badanym przedziale temperaturowym
rezystancja wzrosła w niewielkim zakresie, zaledwie o 40 &!. Zaobserwowano jej wzrost więc
wyklucza to występowanie zjawiska NTC i nie zaobserwowano gwałtownych zmian co z
kolei wyklucza PTC, przynajmniej w badanym zakresie temperatur.
Charakterystyka prądowo napięciowa ujawniła dwojaką naturę badanego rezystora. Do
wartości napięcia 11 V charakterystyka jest - z niewielkimi odstępstwami - liniowa, stosunek
prądu do napięcia pozostaje stały zgodnie z prawem Ohma. Natomiast powyżej tej wartości
rezystancja gwałtownie rośnie, wzrostowi napięcia towarzyszy spadek wartości mierzonego
prądu. Nie ma danych dotyczących temperatury badanego rezystora podczas zwiększania
napięcia i tym samym nie można stwierdzić obecność zjawiska samonagrzewania się i
ewentualnego efektu PTC powyżej maksymalnej temperatury czyli 64 0 C, do której nagrzano
rezystor przy stałym napięciu 6 V.
12