6. Разновидности и маркировка терморезисторов

Наиболее распространенные терморезисторы изготавливают на основе медно-марганцевых (ММТ и СТЗ), кобальто-марганцевых (КМТ и СТ1) и медно-кобальто-марганцевых (СТЗ) оксидных полупроводников.

По конструктивному оформлению терморезисторы можно разделить на следующие типы:

• в виде цилиндрических стержней (КМТ-1, ММТ-1, КМТ-4, ММТ-4);

• в виде дисков (СТ1-17, СТЗ-17, СТ5-1);

• в виде миниатюрных бусинок (СТ1 -18, СТ1 -19 и др.);

• в виде плоских прямоугольников (СТЗ-23).

Особенностью бусинковых терморезисторов типов СТ1-18, СТЗ-18 и СТЗ-25 является то, что термочувствительный элемент для защиты от внешних воздействий покрыт тонким слоем стекла, а тонкие платиновые контакты приварены или припаяны (СТЗ-25) к траверсам из толстой проволоки.

Терморезисторы ММТ-1 и КМТ-1 предназначены для работы в закрытых сухих помещениях, ММТ-4 и КМТ-4 герметизированы, работоспособны в условиях с повышенной влажностью и даже в жидкой среде.

Также существуют измерительные терморезисторы, предназначенные для измерений в маломощных цепях сверхвысокочастотных колебаний. Терморезисторы типа ТП (ТП2/0,5, ТП2/2, ТП6/2 - цифра в числителе – номинальное значение напряжения в В, знаменатель – рабочий ток в мА) - для стабилизации напряжения в цепях постоянного или переменного тока с частотой до 150 кГц. По конструкции – круглые опрессованные стержни, заключенные в стеклянный баллон, воздух из которого откачан до давления 10"5 мм рт. ст.

Терморезисторы ТКП, СТ1-21, СТЗ-21 и СТЗ-27 применяются в радиотехнических устройствах и схемах автоматики как регулируемые бесконтактные резисторы. Они имеют косвенный подогрев от специальной спирали, при изменении тока в которой происходит плавное изменение сопротивления терморезистора. Используются, когда необходимо отделить управляемую цепь от управляющей. Рабочий элемент и подогреватель терморезисторов типа ТКП помещен в стеклянный баллон с нормальным октальным цоколем. Терморезисторы типов СТ1-21, СТЗ-21 и СТЗ-27 (более новые) имеют более совершенную конструкцию по сравнению с ТКП.

7. Область применения

Сегодня терморезисторы широко применяются везде: на них основаны системы противопожарной безопасности, системы измерения и регулирования температуры, теплового контроля, схемы температурной компенсации, измерения мощности ВЧ и т.д. Также терморезисторы находят применение в промышленной электронике и бытовой аппаратуре, в медицине, метеорологии, в химической и других отраслях промышленности.

Конечно же, применение терморезисторов в качестве датчиков температуры имеет не только плюсы, но и свои минусы. Так, например, это инерционность, обусловленная постоянной времени τ, плохая стабильность в определенных условиях и т.д.

3. Фоторезисторы

Фоторезистор – это полупроводниковый резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от поглощаемого светового потока, т.е. это полупроводниковый резистор, действие которого основано на фоторезистивном эффекте.

1. Принцип действия фоторезисторов

Фотопроводимость – это свойство полупроводника изменять свою электропроводность под воздействием электромагнитного излучения. Причина фотопроводимости – увеличение концентрации носителей заряда – электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Вследствие этого проводимость полупроводника возрастает на величину

 = q(_n n_i+_p p_i),

где q– заряд электрона;_n – подвижность электронов;_p – подвижность дырок;n_i– концентрация генерируемых электронов;p_i– концентрация генерируемых дырок.

Поскольку основным следствием поглощения энергии света в полупроводнике является перевод электронов из валентной зоны в зону проводимости, то энергия кванта света фотона должна удовлетворять условию:

h_крW_Зилиh_крW_ПР

где h– постоянная Планка;_кр– критическая частота электромагнитного излучения (красная граница фотопроводимости),W_З.– ширина запрещенной зоны,W_ПР– энергия ионизации примеси.

Излучение с частотой <кр не может вызвать фотопроводимость, так как энергия кванта такого излучения h<W_Знедостаточна для перевода электрона из валентной зоны в зону проводимости. Если же h>W_З, то избыточная относительно ширины запрещенной зоны часть энергии квантов передается электронам в виде кинетической энергии.

Критической частоте _крсоответствует граничная длина волны_гр:

_гр =с/_кр,

где с- скорость света.

При длинах волн, больших граничной, фотопроводимость резко падает. Так, для германия граничная длина волны составляет примерно 1,8 мкм. Однако спад фотопроводимости наблюдается и в области малых длин волн. Это объясняется быстрым увеличением поглощения энергии с частотой и уменьшением глубины проникновения падающей на полупроводник электромагнитной энергии. Поглощение происходит в тонком поверхностном слое, где и образуется основное количество носителей заряда. Появление большого количества избыточных носителей только у поверхности слабо отражается на проводимости всего объема полупроводника, так как скорость поверхностной рекомбинации больше объемной и проникающие вглубь не основные носители заряда увеличивают скорость рекомбинации в объеме полупроводника.

Фотопроводимость полупроводников может обнаруживаться в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой частях электромагнитного спектра в зависимости от ширины запрещенной зоны, которая, в свою очередь, зависит от типа полупроводника, температуры, концентрации примесей и напряженности электрического поля.

Рассмотренный механизм поглощения света, приводящий к появлению свободных носителей заряда в полупроводнике, называют фото активным. Поскольку при этом изменяется проводимость, а следовательно, внутреннее сопротивление полупроводника, указанное явление и было названо фоторезистивным эффектом.

При облучении фоторезистора фотонами в полупроводниковом фоточувствительном слое возникает избыточная концентрация носителей заряда. Если к фоторезистору приложено напряжение, то через него будет проходить дополнительная составляющая тока – фототок, обусловленный избыточной концентрацией носителей. Электронная составляющая фототока

где a- толщина полупроводникового фоточувствительного слоя;b– его ширина;l– расстояние между электродами;R– коэффициент отражения; α – показатель поглощения; η – квантовая эффективность генерации;N_ф– число фотонов, падающих на единичную поверхность фоточувствительного слоя за единицу времени.

Фототок соответствует прохождению через фоторезистор и через внешнюю цепь I_фn /q электронов. Число электронов, возникающих в объеме фоточувствительного слоя из-за поглощения фотонов, равно.

Отношение числа прошедших во внешней цепи электронов к числу возникших в фоточувствительном слое электронов называют коэффициентом усиления фоторезистора:

Произведение подвижности электронов на напряженность электрического поля есть скорость дрейфа электронов, которую можно также представить как расстояние между электродами, деленное на время пролета носителей между электродами t_прол.Поэтому коэффициент усиления фоторезистора можно выразить и в таком виде:K_I = τ_n/t_прол.

Если в полупроводниковом фоточувствительном слое есть примеси, являющиеся ловушками захвата для неосновных носителей заряда (сенсибилизирующие примеси), то захват неосновных носителей этими ловушками может существенно (на несколько порядков) увеличить эффективное время жизни неравновесных основных носителей. В этом случае время жизни может значительно превышать время пролета носителей между электродами. Когда один из электродов достигает положительного электрода, другой электрон входит в полупроводниковый слой из отрицательного электрода для сохранения электрической нейтральности объема полупроводника, в котором осталась нескомпенсированная положительно заряженная ловушка захвата. Таким образом, поглощение одного фотона может случить причиной прохождения через фоторезистор многих электронов.

Введение сенсибилизирующих примесей, приводя к увеличению эффективного времени жизни основных носителей, вызывает снижение быстродействия фоторезистора.

Усиление фототока может происходить и при наличии потенциальных барьеров, например, на поверхности кристаллов полупроводника, если фоторезистор изготовлен на основе поликристаллического полупроводникового материала. Потенциальные барьеры могут являться потенциальными ямами для неосновных носителей заряда. В этом случае будет происходить усиление фототока в фоторезисторе по аналогии с усилением фототока в фототранзисторе