Специальные резисторы

К категории специальных резисторов относятся резисторы, сопротивление которых зависит от внешних факторов: температуры, освещенности, магнитного поля и т.д.

Терморезисторы – это резисторы, сопротивление которых меняется в зависимости от температуры (рисунок 2.10, а). Они изготавливаются из композиционных материалов, в которых исходными компонентами являются оксиды полупроводников, сопротивление которого изменяется с изменением температуры (CuO, CoO, NiO и др.).

Вследствие нелинейности температурной характеристики ВАХ будет также нелинейной (рис. 2.10, б). При малых токах ВАХ практически линейна (участок АВ), поскольку мощность, выделяемая в терморезисторе, недостаточна для того, чтобы заметно нагреть его. При больших токах сопротивление резистора уменьшится, что сопровождается уменьшением напряжения на нем (участок ВС).

Параметрами терморезистора являются:

1. Номинальное сопротивление Rн – сопротивление терморезистора при температуре 20^oC;

2.Температурный коэффициент сопротивления TKC – величина, характеризующая относительное изменение сопротивления на один градус Кельвина;

3. Максимальная мощность рассеивания Рмах – мощность, при которой терморезистор, находящийся при температуре 20°С, разогревается при протекании тока до максимальной рабочей температуры;

4. Постоянная времени τ, численно равная времени, в течение которого температура резистора при перенесении его из воздушной среды с температурой 0 ^oС в воздушную среду с температурой 100^o С изменяется на 63%.

Терморезисторы используются в системах измерения и регулирования температуры, в схемах для термостабилизации электронных цепей.

Примерами обозначения терморезисторов являются СТ3-23; СТ9-1А; ТР1.

Позисторы – это терморезисторы с большой величиной положительного температурного коэффициента сопротивления (ПТКС). Скачок сопротивления в области ПТКС может составлять 5...7 порядков (рисунок 2.11).

Важнейшей характеристикой позистора является зависимость сопротивления от температуры R = f(Т) (рисунок 2.12). Сопротивление позистора в отличие от обычного терморезистора определяется не только его температурой, но и величиной приложенного к нему напряжения.

Позисторы характеризуются теми же основными параметрами, что и обычные терморезисторы, кроме того, для них часто указывают положение интервала ПТКС на температурной шкале, величину максимального ТКС в %, кратность изменения сопротивления в области ПТКС и так называемую температуру переключения, при которой сопротивление позистора увеличивается по сравнению с минимальным значением в заданное число раз.

Позисторы применяют в качестве чувствительных элементов датчиков систем регулирования температуры, тепловой защиты обмоток электрических машин от недопустимого перегрева. За счет высокого положительного ТКС позисторы эффективно работают в качестве автостабилизирующихся нагревательных элементов. На их основе изготавливают предельно простые по устройству и высоконадежные саморегулирующиеся термостаты и усилительно-преобразующие термостаты без каких-либо реле и дополнительных усилительно-преобразующих устройств. Широко используют позисторы в качестве автоматических переключающих устройств, в частности для размагничивания масок кинескопов цветных телевизоров.

Позисторы обычно изготавливают в виде относительно тонких дисков достаточно большого диаметра, что обеспечивает необходимое рассеяние теплоты. Основой для создания позисторов является керамика из титаната бария, в которую вводятся примеси редкоземельных (лантана, цезия и др.) либо других элементов (ниобия, сурьмы, висмута, тантала), имеющих валентность больше, чем у титана. У керамики с такими примесями резко уменьшается удельное сопротивление (до 10...10² Ом/см) и она приобретает полупроводниковые свойства. Резистивный слой позистора состоит из большого числа контактирующих между собой зерен или кристаллов полупроводникового титаната барин. Изменяя состав твердых растворов, можно управлять положением области ПТКС на температурной шкале.

Для изготовления позистора, кроме титаната бария, используются другие сегнетоэлектрические материалы системы SгТiО3 с добавкой ниобия, системы РbТiО3 с добавкой лантана и др. Не только поликристаллические полупроводниковые материалы, но и монокристаллические кремний, германий используются для создания позисторов. Принцип действия монокристаллических позисторов основан на уменьшении подвижности носителей заряда при увеличении температуры в результате увеличения их рассеяния на тепловых колебаниях кристаллической решетки. Монокристаллические позисторы можно изготовить с относительно малым разбросом параметров и характеристик по сравнению с поликристаллическими. Однако из-за меньшей стоимости и больших значений температурного коэффициента сопротивления поликристаллические позисторы нашли широкое применение.

Варисторы – полупроводниковые резисторы, сопротивление которых зависит от приложенного к ним напряжения. Варисторы изготавливаются путем спекания кристаллов карбида кремния и связующих веществ. В готовой структуре варистора между кристаллами кремния существуют мельчайшие зазоры. При приложении к варистору внешнего напряжения происходит пробой этих зазоров, в результате чего сопротивление варистора уменьшается. Типичный вид вольт – амперной характеристики (ВАХ) показан на рисунке 2.10,а.

Варисторы, имеющие участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением на ВАХ, называют негисторами (рисунок 2. 13, б).

Варисторы изготавливают на рабочие напряжения 15…25 ·10³ В, токи 0,05…10мА и мощности 0,8…3Вт. Из - за нелинейности ВАХ сопротивление варисторов на постоянном и переменном токах различно. Это учитывается коэффициентом нелинейности β, который равен отношению статического сопротивления R = Uкл / Iкл к дифференциальному сопротивлению Rдиф = dU / dI и лежит в пределах 3…30.

Параметрами варистора являются:

1. Классификационное напряжение Uкл – условный параметр, показывающий значение постоянного напряжения, при котором через варистор протекает заданный квалификационный ток Iкл.

Классификационное напряжение не является рабочим эксплуатационным параметром варистора. Рабочее напряжение выбирается исходя из допустимой мощности рассеивания и предельного значения амплитуды напряжения.

2. Классификационный ток Iкл – это ток, при котором определяется классификационное напряжение.

3. Номинальная мощность рассеивания Рном – наибольшая мощность, которую может рассеивать резистор в течение длительного срока при сохранении параметров в заданных пределах.

4. Коэффициент нелинейности β – отношение статического сопротивления в данной точке ВАХ к динамическому сопротивлению:

β =

(2.11)

5. Температурный коэффициент напряжения TKU – относительное изменение напряжения, приложенного к варистору, при изменении температуры окружающей среды на 1°С при неизменном токе, протекающем через варистор.

6. Температурный коэффициент сопротивления ТКС – характеризует относительное изменение сопротивления варистора при изменении температуры.

Для параметров варисторов характерны большие отклонения и нестабильность. Так, при заданном номинальном напряжении номинальный ток может иметь отклонение ±(10…20%).

Поскольку сопротивление варисторов значительно изменяется с изменением приложенного напряжения, то они находят применение в качестве регулирующих элементов в устройствах автоматики как стабилизаторы и ограничители напряжения.

В обозначении варисторов буквы CH означают сопротивление нелинейное, цифры – тип материала и вариант конструкции. Например СН1 – 5.

Фоторезисторы – это полупроводниковые резисторы, сопротивление которых меняется под воздействием света. Они используются в качестве датчиков освещенности в системах телеметрии.

Тензорезисторы – это резисторы, сопротивление которых меняется под влиянием механических воздействий.

Магниторезисторы – это резисторы с резко выраженной зависимостью электрического сопротивления от магнитного поля. Свойства магниторезисторов оцениваются магниторезистивным отношением, которое показывает, во сколько раз изменяется сопротивление магниторезистора при помещении его в магнитное поле с индукцией 0,5Тл (или 1Tл).

Дата добавления: 2015-05-09