1.11. Варисторы

Варистор – это полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения.

Отличительной чертой варистора является симметричная и ярко выраженная нелинейная ВАХ рис.1.26.

Рис. 1.26

Варистор включается параллельно защищаемому устройству и предназначен для защиты от импульсных напряжений, коммутационных и грозовых, возникающих в электрических сетях. Величина этих импульсов может достигать 20-70 кВ. В рабочем режиме варистор находится под действием питающего напряжения и через него протекает пренебрежительно малый ток. При возникновении импульса напряжения варистор вследствие нелинейности своей характеристики резко уменьшает свое сопротивление до долей Ома и ???? нагрузку, защищая ее. Варисторы кратковременно могут пропускать ток в несколько тысяч ампер. После прекращения действия импульса напряжения он вновь приобретает очень большое сопротивление.

Варисторы изготавливают по обычной «керамической» технологии, включающей в себя прессование варисторов, имеющих, как правило, форму стержня, диска или шайбы, их обжиг, нанесение электродов, пайку выводов и нанесение электроизоляционных и защитных покрытий.

Наибольшее применение находят варисторы на основе оксида цинка. Варисторы могут изготавливаться из карбида кремния с глиняной связкой.

Нелинейность ВАХ определяется туннелированием носителей на границах кристаллов.

Одной из основных характеристик варисторов является классификационное напряжение – напряжение на варисторе при определенном токе (1 мА) u_кл. Оно равно от 10 В до нескольких кВ.

Коэффициент защиты варистора – это отношение напряжения на варисторе при токе 100А к напряжению при токе 1мА. Он составляет 1,41,6.

1.12. Термисторы, термоэлектрические приборы

Термисторы.Терморезистор – это резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры.

Терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления называются термисторами.

Терморезисторы изготавливают в основном из окислов металлов. Конструктивно они выполняются в виде стрежней, пластин, дисков, шайб и бусинок.

Терморезисторы применяются в качестве датчиков температуры и нелинейных резисторов.

Основные параметры терморезисторов:

• номинальное сопротивление (от нескольких Ом до нескольких кОм) – это сопротивление при определенной температуре (20⁰С);

• температурный коэффициент сопротивления

(-(0,86,0)·10^-2К^-1(TKR=)).

Одной из разновидностей термисторов являются термисторы косвенного подогрева – это термисторы, имеющие дополнительный источник теплоты – подогреватель. В термисторах косвенного подогрева имеются две изолированные друг от друга цепи – управляющая (подогреватель) и управляемая (термистор).

Выпускаются также позисторы – полупроводниковые терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления.

Термоэлектрические приборы.Их действие основано на использовании термоэлектрических эффектов Пельтье и Зеебека. Они предназначены для преобразования тепловой энергии в электрическую и получения холода или тепла с использованием электрической энергии.

Эффект Зеебека заключается в том, что в цепи из двух проводников или полупроводников возникает электродвижущая сила, если контакты поддерживаются при резкой температуре. Рис. 1.27. Такую ЭДС называют термо ЭДС.

Термо ЭДС возникает вследствие действия трех факторов:

• образования направленного диффузионного потока носителей при наличии градиента температур,

• изменения положения уровня Ферми с температурой, вследствие наличия температурной зависимости контактной разности потенциалов,

• увлечение носителей заряда фотонами.

Для получения термо ЭДС применяют термоэлементы или термопары, в которых нагревается контакт двух полупроводников n- иp-типов. Чем выше разница температур между «горячим» и «холодным» концами термоэлемента, тем выше термо ЭДС. Термоэлементы могут состоять из двух различных металлов или из металла и полупроводника. Термоэлемент из двух полупроводников позволяет получать наибольшую термо ЭДС до 0,3 В при нагреве до 600 К.

Рис. 1.27

Соединенные последовательно термоэлементы называются термоэлектрогенераторами. Мощность термоэлектрогенераторов составляет от единиц до сотен ватт, КПД – несколько десятков процентов.

Эффект Пельтье состоит в том, что при протекании тока через контакт двух разнородных металлов или полупроводников, этот контакт нагревается или охлаждается в зависимости от направления тока. Если электроны при переходе через контакт повышают свою энергию, то происходит охлаждение контакта. Если они теряют энергию, то происходит нагрев контакта.

На этом эффекте основан принцип действия термоэлектрических холодильников, применяющихся в науке и технике.