2.1.5 Напівпровідникові резистори

Напівпровідникові резистори являють собою широкий клас напівпровідникових приладів, принцип дії яких базується на властивостях напівпровідників змінювати свій опір під дією температури, електромагнітного випромінювання, прикладеної напруги та інших факторів.

До найбільш розповсюджених напівпровідникових резисторів відносяться: терморезистори, фоторезистори, варистори.

При вивченні цих приладів необхідно звернути увагу на дві найбільш суттєві особливості їх роботи:

• Залежність електричних характеристик і параметрів від дії неелектричних зовнішніх факторів (у терморезисторах і фото резисторах);

• Явну не лінійність вольт-амперних характеристики (особливо у терморезисторів і варисторів), яка дозволяє реалізувати за допомогою цих приладів досить своєрідні задачі.

Терморезистори

Терморезистори – прилади, опір яких суттєво змінюється при зміні температури.

Форма, габарити і конструктивнф особливості сучасних терморезисторів досить різноманітні: їх виконують у вигляді дисків, плоских прямокутників, мініатюрних намистинок та ін.

В залежності від типу напівпровідникового матеріалу та габаритів чуттєвого елементу вихідний опір терморезисторів складає від некількох ом до десятків мегом.

Залежність U_T = f (I) являє собою вольт-амперну характеристику терморезистора (рис.1.2.10)з трьома основними ділянками( ОА, АВ, ВС). На початковій ділянці ОА характеристика лінійна, так як при малих струмах потужність, яка виділяється в терморезисторі мала і практично не впливає на його температуру. На ділянці АВ лінійність характеристики порушується. Зі зростанням струму температура терморезистора підвищується, а його опір (внаслідок збільшення кількості електронів і дірок провідності в матеріалі напівпровідника) зменшується, при подальшому збільшенні струму на ділянці ВС зменшення опору стає настільки значним, що зростання струму призводить до зменшення напруги на терморезисторі. Наприкінці ділянки ВС вольт-амперна характеристика все більш наближується до горизонтальної лінії, паралельної осі абсцис. Це і дозволяє використовувати деякі типи терморезисторів для стабілізації напруги.

U

В

А

tº С

а)

tº ∩ І

Рис.1.2.10. Вольт-амперна характеристика терморезистора

б)

Рис.1.2.9. Умовні графічні зображення терморезисторів:

а) термістор, б) позистор

Крім вольт амперної характеристики, дуже важливою характеристикою терморезистора є залежність його опору від температури.

• Т ерморезистор, опір якого із збільшенням температури спадає, називається термістором.

• Терморезистор, опір якого із збільшенням температури зростає, називається позистором.

Типова температурна характеристика термістора показана на рис. .

Основні параметри терморезисторів:

номінальний (холодний) опір – опір робочого тіла терморезистора при температурі навколишнього середовища 20ºС, Ом;

температурний коефіцієнт опору α_Т, який відображає в відсотках зміну абсолютної величини опору робочого тіла терморезистора при зміні температури на 1ºС. Зазвичай значення α_Т для будь-якої температури в діапазоні 20-150 ºС визначається із співвідношення

, ( 1.2.14)

де - коефіцієнт температурної чуттєвості, яка залежить від фізичних властивостей матеріалу, К; Т₁ – вихідна температура робочого тіла; Т₂ – кінцева температура робочого тіла, для якого визначається значення α_Т; R_Т1 і R_Т2 - опори робочого тіла терморезистора при температурах відповідно Т₁ і Т₂;

R

Рис. 1.2.11. Температурна характеристика термістора

T

найбільша потужність розсіювання –потужність, при якій терморезистор, що знаходиться при температурі 20 ºС, розігрівається протікаючим струмом до максимальної робочої температури;

максимальна робоча температура – температура, при якій характеристики терморезистора залишаються стабільними тривалий час (на протязі вказаного строку служби);

постійна часу τ – відношення теплоємності С до коефіцієнта розсіювання b;

теплоємність С – кількість тепла, яке необхідно повідомити терморезистору, щоб підвищити температуру робочого тіла на 1 ºС, Дж/ ºС;

к оефіцієнт розсіювання – потужність, яка розсіюється терморезистором при різниці температур робочого тіла і навколишнього середовища в 1 ºС, Вт/град.

• Термістори мають від’ємний температурний коефіцієнт, а позистори – додатний.