Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Полупроводниковые терморезисторы (термисторы)




Полупроводниковыми терморезисторами называются объемные нелинейные резисторы, величина электрического сопротивления которых резко уменьшается при увеличении температуры. Они из­готовляются из смеси окислов различных металлов (например, CuO, CoO, MnO). Терморезистор в процессе изготовления подвер­гают обжигу при высокой температуре, в результате чего окислы спекаются в монолитную массу, образуя химическое соединение.

Чувствительность терморезисторов к изменению температуры значительно выше, чем металлических. Так, при повышении темпе­ратуры от 0 до 100° С (273—373 К) сопротивление меди увеличи­вается всего на 43%, в то время как у термисторов сопротивление уменьшается в 20—70 раз — в зависимости от величины его темпе­ратурного коэффициента сопротивления αт. Температурный коэф­фициент сопротивления термистора примерно в 6—10 раз больше, чем у металлических терморезисторов (для металлов αт = = (4÷6)10-3 1/К, а для термисторов αт = —40· 10-3 1/К). Некото­рые типы термисторов при θ = (291 ÷ 293) К имеют сопротивление от одного до нескольких сотен килоом и пригодны для работы в диапазоне температур от —100 до +500° С (173—773 К) и выше.

Основной характеристикой терморезистора является зависи­мость его сопротивления от температуры:

Rт = АеB/T, (10. 6)

где А—постоянная, зависящая от физических свойств полупровод­ника и конструкции терморезистора; В — постоянная, зависящая от физических свойств полупроводника; T — абсолютная темпера­тура, К (T = 273Ο + θ).

Температурный коэффициент αт полупроводникового терморе­зистора определяется на основании следующих рассуждений: за­висимость сопротивления проводника от температуры в соответст­вии с формулой (10. 5) будет иметь вид

RT = R0[1 + αT(Τ - T0)].(10. 7)

Из формулы (10. 7) находим значение αт:


В пределе при ∆T→0 температурный коэффициент сопротивле­ния

(10. 8)

 

Из формулы (10. 8) температурный коэффициент для термисто­ров

(10. 9)

 

Анализ формулы (10. 9) показывает, что температурный коэф­фициент сопротивления для термисторов отрицателен и с увеличе­нием температуры быстро уменьшается, в то время как для металлических терморезисторов темпе­ратурный коэффициент положи­телен и практически постоянен. На рис. 10. 1 показаны зависимо­сти сопротивления от температу­ры медного и полупроводниковых терморезисторов. В зависимости от материала термисторы делятся на медно-марганцевые MMT и ко­бальто-марганцевые KMT, кото­рые могут работать в цепях как переменного, так и постоянного тока.

Благодаря большому отрица­тельному температурному коэф­фициенту сопротивления терми­сторы находят широкое примене­ние для компенсации температур­ных погрешностей в измеритель­ных схемах путем, например, по­следовательного включения его с медной обмоткой какого-либо элемента схемы.



Так как темпера­турные коэффициенты у термистора и обмотки имеют различные значения, то их можно подобрать таким образом, чтобы при изме­нении температуры

окружающей среды общее сопротивление было постоянным. Благодаря высокому удельному сопротивлению тер­мисторов их габариты и инерционность можно свести к минимуму Статическая чувствительность термистора определяется отно­шением выходной величины к входной, т. е.

KCT = R/T = AeB/T/T. (10. 10)

Динамическая чувствительность

KД = dRT!dT = d(AeB/T)/dT = - ABeB/T/T2. (10. 11)

Разделив уравнение (10. 11) на (10. 10), получим выражение для относительной чувствительности:

 

(10. 12)

 

Относительная чувствительность может превосходить значения, большие единицы.

Конструктивно термисторы оформляются различно — в зависи­мости от их применения. Они изготовляются в виде маленьких стерженьков (длиной 12 мм и диаметром 1, 8 мм), шайб, дисков и бусинок. На рис. 10. 2 изображены конструктивные схемы терми­сторов.

Термисторы типа MMT-I и KMT-1 (рис. 10. 2, а) оформляют­ся так же, как и высокоомные сопротивления с соответствующей системой герметизации. Они состоят из полупроводникового стерж­ня 1, покрытого эмалевой краской, с контактными колпачками 2 и токоотводами 3. Такие термисторы применяются только в сухих помещениях. Наиболее термостойкими являются термисторы типа KMT-1, которые работают при температурах до 1800C (453 К).

Термисторы типа ММТ-4* и КМТ-4 (рис. 10.2, б) помещены в металлические корпуса 2 и герметизированы, благодаря чему они используются в любой неагрессивной среде (относительно корпуса термистора) и в условиях повышенной влажности. Герметизация термистора выполнена с помощью стекла 4 и олова 5. Полупровод­никовый стержень 1 (в термисторах типа ММТ-4) обернут фоль­гой 6. Токоотвод 3 выполнен из никелевой проволоки.

На рис. 10. 2, в показан в разрезе термистор типа КМТ-10, где 1 — стержень (термистор); 2 — токоотводы; 3— корпус; 4 — изоля­тор.

На рис. 10. 2, г изображено устройство термистора типа МТ-54— «Игла». Такой термистор состоит из полупроводникового шарика 1 диаметром от 5 до 50 мкм, который вместе с платиновыми электро­дами 2 впрессован в стекло. Толщина стекла составляет примерно 50 мкм. На расстоянии около 2, 5 мм от центра шарика платиновые электроды свариваются с выводами из никелевой проволоки 4. В таком виде термистор вместе с токоотводами помещается в стек­лянный корпус 3 длиной от З до 100 мм (в зависимости от типа термистора). Термисторы типа МТ-54 обладают очень малой теп­ловой инерцией— порядка 0, 02 с — и используются в интервале температур от —70 до + 2500C (20З ÷ 52З К). Такой термистор при­меняется для измерения разности температур кровеносных сосудов в разных частях человеческого тела, для измерения температуры листьев растений и др.

Подробные данные о разных типах полупроводниковых термо­резисторов приводятся в каталогах и справочниках.

Следует отметить, что термисторы имеют большой разброс па­раметров. Это обстоятельство ограничивает взаимозаменяемость термисторов, что является их недостатком.

Область использования термистора зависит от величины тока разогрева. На рис. 10. 3, а приведена вольт-амперная характеристи­ка термистора, который реагирует на изменение температуры по­рядка 0, 0005 К. Из рис. 10. 3, а следует, что при токах до 0, 5 мА влияние собственного нагрева незначительно и сопротивление тер­мистора практически не зависит от тока. Напряжение на термисто­ре растет сначала пропорционально току (участок 0а). Обычно термистор в этом режиме используется как датчик для измерения температуры окружающей среды. При повышении температуры, которое происходит при увеличении тока, нагрев термистора будет более активным, что приводит к уменьшению его сопротивления, и вольт-амперная характеристика начинает убывать, т. е. имеет «падающий» характер (участок а—б). В таком режиме термистор используется как термореле, ограничитель тока, стабилизатор на­пряжения и др.

При увеличении температуры окружающей среды TCP + ∆T (при том же значении тока) увеличивается нагрев термистора до темпе­ратуры T, его сопротивление уменьшается и, следовательно, вольт-амперная характеристика располагается ниже (пунктирная кри­вая). Очевидно, характер вольт-амперной характеристики определяется нагревом самого термистора проходящим через него током по сравнению с температурой окружающей среды Тср. Разным точкам на вольт-амперной характеристике соответствуют разные температуры T TCP. Из характеристики термистора можно опре­делить для любой ее точки сопротивление R = U/I, а также рассеи­ваемую в термисторе мощность Pp = IU0.

Резко выраженная нелинейность вольт-амперных характеристик термисторов позволяет использовать их в релейном режиме. На рис. 10. 3, б, в представлены схема и характеристика термистора в этом режиме. Если предположить, что в цепи термистора отсут­ствует активное сопротивление R, то при некотором значении напряжения ток в цепи термистора резко увеличивается, что может привести к разрушению термистора (кривая UTна рис. 10. 3, в). Для ограничения роста тока необходимо в цепь термистора (рис. 10. 3, б) включить резистор с прямолинейной характеристикой UR (рис. 10. 3, в). При сложении этих двух характеристик (UT + UR) получим общую вольт-амперную характеристику U0 с релейным эффектом (кривая имеет вид буквы S). Эта характеристика напо­минает работу бесконтактного магнитного реле (см. § 19. 20). Из характеристики видно, что при достижении значения напряжения Uср(этому напряжению соответствует ток I1) ток скачком возрас­тает до значения iCP (I3). При дальнейшем увеличении напряжения ток будет плавно возрастать (от I2 и далее). При уменьшении на­пряжения ток вначале плавно уменьшается до значения I3 (этому току соответствует напряжение отпускания Uοτ), а затем скачком падает до значения iвоз (I4), после чего ток плавно уменьшается до нуля. При срабатывании ток увеличивается во много раз. Из-за инерционности термистора скачок тока происходит не сразу, а по­степенно.

Релейные схемы нашли применение в ряде устройств автомати­ческого контроля, защиты и регулирования. В частности, такое реле может реагировать на величину окружающей температуры, а так­же на изменение условий теплоотдачи при изменении скорости га­зового потока вакуума, скорости потоков жидкостей и др.





Дата добавления: 2015-05-09; Просмотров: 1045; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования! Последнее добавление ‚аш ip: 54.162.91.86
Генерация страницы за: 0.107 сек.