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)

Читайте также:
  1. Металлические терморезисторы
  2. Полупроводниковые приборы СВЧ-диапазона
  3. Полупроводниковые резисторы
  4. Полупроводниковые резисторы.
  5. Полупроводниковые тензодатчики
  6. Полупроводниковые фазовращатели
  7. Тема 2.1. Полупроводниковые диоды
  8. Терморезисторы
  9. ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ
  10. Терморезисторы
  11. ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ



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: 1396; 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 ip: 54.224.50.28
Генерация страницы за: 0.006 сек.