книги из ГПНТБ / Сиволобов Н.А. Основы полупроводниковой электроники учеб. пособие
.pdf- 80 -
ZL
а
pot
(Г
|
s |
|
Р и с.Зч. Термосипрстивления прямою |
(а) и кос^ |
|
венного (б) накала; в ^ условное |
||
обозначение на схемах; |
1 |
|
1 1 |
полупроводниковый элемент; |
|
2 -I |
выводы;' 3 -і стеклянный |
баллон |
|
- |
81 - |
|
|
|
|
|
Наибольшее распространение в современной аппаратуре получи |
|||||||
ли кобальто-марганцевые |
и медно-марганцевие |
терморезистори |
|
||||
(КМТ и ШТ). |
|
|
|
|
|
|
|
Ввиду большой тепловой инерции терморезисторы могут питаться |
|||||||
как постоянным, |
так и переменным |
током. |
|
|
|
|
|
Стерм"рс%"стРоаропРи |
Р а б о т а |
« ^ р е з и с т о р о в |
характеризуется |
||||
следующими основними параметрами. |
|
|
|
|
|||
1. Холодное сопротивление рабочего тела термореэистора опре |
|||||||
деляется при температуре окружающей среды |
293°К |
(мостовым |
мето |
||||
дом). Холодное |
сопротивление, обозначаемое ^ 9 3 |
или ^ |
20 |
1 |
|||
различных типов |
терморезисторов |
составляет |
от нескольких |
Омов |
до нескольких сот килоомов, в зависимости от типа терморезистора. Разброс по сопротивлениям в пределах одного типа терморезистора, как правило, значителен.
2. Коэффициент температурной чувствительности В зависит от концентрации примесей в полупроводнике , определяется путем из мерения сопротивления рабочего тела при двух каких-либо темпе-
ратурах |
Tj |
И |
по формуле |
R,г |
= А • 9 |
путем деления |
|||
почленно |
второго |
значения |
на |
первое, |
откуда |
|
|||
|
|
|
Г, |
• Гг. |
|
/ |
|
/?, |
|
|
ß |
s |
~£ZT(Tt-г, |
) |
' V o |
i |
' |
|
Коэффициент В колеблется для различных типов терморезистсров
впределах ?00fI5800°K.
3.Температурный коэффициент сопротивления о£т показывает
относительное изменение абсолютной величины сопротивления |
при |
' |
|||
изменении температуры |
на І°К и выражается в процентах на |
градус. |
|
||
Вследствие нелинейной |
температурной |
зависимости |
температурный |
|
|
коэффициент сопротивления определяют |
при 293°К |
из двух измерений |
|
|
|
|
- |
62 - |
|
|
|
сопротивления: при 292,5 и 293,5°к; |
|
|
|
||||
|
|
— ^^9215 |
293,5 С |
ІОО^ |
|
|
|
Значение |
<р^т для различных типов |
терморезисторов |
находится |
||||
В пределах 0,ѳ + 6,0 S/град. |
|
|
|
||||
. Зная |
постоянную В, можно по формуле |
с<г - — |
• -^р^ ; |
- |
|||
вычислить |
^ |
для любой |
температуры. |
|
|
|
|
4. |
Коэффициент рассеяния II численно |
равен мощности, |
рассеи |
||||
ваемой |
рабочим |
телом терморезистора при разности |
температур |
рабочего тела и окружающей среды в І°К, выражается в мВт/град.
Коэффициент рассеяния H находят из температурных |
и вольт-ампер |
ных характеристик терморезистора. Для сравнения |
коэффициенты |
рассеяния различных терморезисторов приводят к единице поверхно
сти рабочего тела |
- |
удельный коэффициент |
рассеяния |
h |
, Для |
||
различных типов |
П |
лежит |
в пределах |
I |
f 60 мВт/град.см"- . . |
||
5. Постоянная |
времени € |
численно |
равна времени, |
за |
которое |
температура рабочего тела при его охлаждении в спокойном воздухе уменьшится на 63$, выражается в секундах. Для разных типов термо- резисторов "С лежит в пределах 0,5 т 140 с.
Значения основных параметров для каждого типа терморезисто
ров приведены в Приложении 4.
6V Вольт->амперные характеристики.,На рис.35,б приведено семей ство вольт-іамперных характер, стик терморезистора. Статической вольт^амперной характеристикой термореэисторов называют зависи мость между величиной тока, протекающего через рабочее тело терморезистора, и величиной падения напряжения на нем, вызван ное этим током в условиях теплового равновесия между термореэи-
83 -
стор .1 и окружающей средой. Нелинейность характеристик объясняет ся выделением тепла н повышением температуры терморезистора при протекании по нему тока. При повышении температуры окружающей среда кривая смещается плево, так как при прочих равных условиях сопротивление терморезистора с увеличением температуры понижает ся.
Линейность характеристики при малом токе (участок |
О а) |
объясняется тем,что выделяемая в рабочем теле малым током мощ |
|
ность недостаточна для существенного изменения температуры ; |
|
вследствие этого осуществляется закон Сна. |
|
Увеличение тока приводит к увеличению выделяемой |
мощности |
и повышению температуры терморезнстора. При этом сопротивление |
|
рабочего тела уменьшается по экспоненте н лішеііная зависимость |
между током и падением напряжения перестает иметь место. Крутизна вольт-.ампернол характеристики уменьшается (участок ав). Падение напряжения на терморезисторе достигает пикового значения Lin арп некотором токе Cfn . При далькгГшем росте тока падение напря жения на теркорезистогс уменызаетсп (участок &с( ) .
Рабочая точка выбирается на криволинейном участке характери стики (например, точка С). Статическое сопротивление терморезн
стора в данной точке определяется |
координатами этой точки Llç иУс '. |
||
|
Cm - |
7с |
|
Динамическое |
сопротивление |
R$u ъ точке С определяется наклоном |
|
касательной, |
проведенной в |
данной |
точке: |
- 85 |
- |
|
|
|
Динамическое сопротивление на участке^с/ отрицательно, |
на участ-і |
|||
ке Ор полоннтельно. |
|
|
|
|
Для одного терморезнстора вид |
вольт-амперной |
характеристики |
||
зависит от условий теплообмена с окружающей средой и соответст |
||||
венно от состояния среда (давления, |
вещества и т . д . ) . |
Учитывая |
||
влияние различных факторов на вид |
вольт-амперных |
характеристик, |
||
можно варьировать их формы в весьма |
широких пределах. Подсоеди |
|||
няя, например, последовательно или параллельно линейные сопро |
||||
тивления с терморезист^ром |
можно получить разнообразные |
суммарные |
вольт-амперіше характеристики. Если лішейное сопротивление неве лико, а напряжение питания цепи окажется близким к значению пи кового напряжения, то небольшие колебания напряжения могут выз
вать |
значительные колебания |
тока |
, в цепи возникнет так называв |
|||||
ши |
релейный эффект. |
|
|
|
|
|
|
|
Возникновение релейного эффекта возможно в трех случаях: |
||||||||
|
а) при изменении |
напряжения |
LL |
; б) |
при |
изменении темпера |
||
туры |
окружающей среды |
Т0 ; |
в) при изменении |
коэффициента рас |
||||
сеяния Н. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Релейный эффект обусловлен нарушением энергетического балан |
|||||||
са в |
цепи. |
|
|
|
|
|
|
|
Применение |
"сходя из |
тепловых |
условия, в которых |
нахо-і |
||||
терморезнстсров |
дится |
рабочее |
тело |
резистора,выделяют |
четыре |
группы применения терморезнстсров.
Работа терморезистора при малых нагрузках
Температура рабочего тела терморезистора и величина его сопротивления определяется температурой и состоянием окружающей
- 86 -
среды .в тех случаях, когда на термореэистор подаются малые нагрузки. Ток, проходящий через него, является чисто измеритель
ным и дополнительного |
разогрева |
рабочего |
тела |
практігчески не |
вы |
зывает. Рабочим участком вольт-амперной |
характеристики является |
||||
в этом случае линейный |
участок |
Оа (см.рис.35) |
и терморезистор |
при |
меняется естественного нагрева. В этом режиме исгользуют термо резисторы для измерения температуры, температурной компенсации
различных элементов электрической цепи, |
температурной компенсации |
||
э . д . с . |
холодных спаев термопар и др. Пример применения |
термореэи- |
|
стора |
в измерительных цепях показан на |
рис.36,а. В этоп |
схеме |
терморезистор является одним из плеч измерительного моста. При заданной температуре мост сбалансирован. При отклонении темпе ратуры от заданной контролируемого объекта сопротивление' терморевистора изменяется, происходит нарушение баланса моста и милли амперметр изменяет свои показания.
Работа терморезпетора при больших нагрузках
При увеличении нагрузки на термореэисторе проходящий по нему
ток вызывает дополнительный разогрев рабочего тела |
выше (.значитель |
||
но^ температуры окружающей |
среды. Колебания температуры окружающей |
||
среды в |
этом случае играют |
второстепенную роль, хотя иногда они |
|
являются |
помехами. Рабочим участком вольт-анперноп |
характеристики |
|
является |
криволинейный участок а. д^(см.р:іс.35,б). В этом |
||
режиме терморезистор применяют для стабилизации напряжения, в |
|||
качестве |
пусковых сопротивлений, реле времени, предохранителей |
||
от напряжения. |
|
|
Р и сі'3б. Применение терморезисторов для измерения (а) л регулирования (в) температуры; d ч контур взаич
мозаменяемости
- 88 -
Терморезисторы пряного подогрева
Если состояние окруіащей среди оказывает заметное влия ние на режим работы термореэистора прямого подогрева, тогда возмохны применения терморезисторов, связашшх с релейным эффѳкюм (контроль температуры, пожарная сигнализация), а такхе для
измерения плотности газов, скорости потока жидкостей |
или газов. |
||
На рис.36,в показано применение терморвзистора в системе |
автоыа- |
||
I :ческого регулирования температуры. Тврморезистор здесь |
контроли |
||
рует температуру печи, |
он включен в цепь электромагнитного реле |
||
и питается постоянным |
током. Контакты релѳ (нормально |
замкнутые) |
размыкает цепь нагревателя печи, когда температура печи превысит заданную ( т . е . нарушится энергетический баланс цепи, юк возра стает и вызывает срабатывание реле).
Іѳрмореэисторы с косвенным подогревом Териорезисторы с косвенным подогревом применяет в качестве
бесконтактных реостатов. Они состоят из двух электрически разде ленных цепей: цепи, включавшей полупроводники цепи подогревателяі Преимуществами терморезисторов перед другими типами темпе
ратурных датчиков является:
малые размеры и, следовательно, сравнительно небольшая теп ловая инерция 5
высокое сопротивление терморезисторов, что позволяет прене бречь сопротивлением подводящих проводов;'
высокая температурная чувствительность, что обеспечивает значительную точность измерения температуры при помощи обычной электроизмерительной аппаратуры j
- 89 -
благодаря применению для питания цепей с тэриоразисюраыи напряжения в несколько вольт можно пренебречь контактными іермо-
Э . Д ' . С .
Основной недостаток териоре^исхоров - значительный разброс
параметров. Например, по холодному сопротивлению |
RSS3Допускается |
разброс + ?0% , а по температурному коэффициенту |
- 1 0|2:*/град. |
Для уменьшения этого недостатка при массовых применениях терыорѳзисюров пользуются так называемыми контурами взаимозаменяемости • (см.рис.36,б). Сопротивления подбираются так, чтобы в требуемом интервале температур результирующие температурные характеристики
для |
одного типа іериорвзистора по возможности мало отличались друг |
от |
друга. |
Г Л А В А |
У |
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ФОТОПРИБОРЫ |
|
Фоюрезисторы |
|
Фотореэисторами называются |
фотоэлектрические полупроводнико |
вые приборы с внутренним фотоэффектом: электрическое сопротив ление меняется при изменении освещенности.
Принцип действия фогорѳзиоторов основан на высвобождении носителей электрического заряда.в объеме полупроводника под действием света. Освобожденные светом электроны находятся в зоне проводимости в течение короткого времени £" (время жизни), а затем переходят либо на примесные уровни, либо в валентную зону. При непрерывном освещении устанавливается динамическое равновесие, при котором число генерируемых фотоэлектронов равно