МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра электронных приборов и устройств

отчет

по лабораторной работе №2

по дисциплине «Компоненты электронной техники»

Тема: Исследование характеристик термисторов и позисторов

Студенты гр. 0207 _________________ Маликов Б.И.

_________________ Бурчик Н.Е.

Преподаватель _________________ Грязнов А.Ю.

Санкт-Петербург

2022

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с характеристиками нелинейных полупроводниковых резисторов – терморезисторов.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В работе исследуются температурные характеристики полупроводниковых терморезисторов с отрицательным ТКС (Negative Temperature Coefficient – NTC-термисторы или просто термисторы) и положительным ТКС (Positive Temperature Coefficient – PTC-термисторы или позисторы).

Термисторы состоят из поликристаллической смеси различных спеченных оксидов (например, Fе₂O₃, Zn₂TiO₄, MgCr₂O₄ и TiO₂), сверху компоненты покрываются защитной стеклоэмалью. Они характеризуются круто падающей монотонной зависимостью сопротивления от температуры. Эта зависимость описывается выражением:

(1.1)

где R_T – сопротивление термистора при текущей температуре T; R₀ – номинальное сопротивление термистора, указываемое для температуры T₀, равной +25 °C или 298 K; B – постоянная, зависящая от материала резистора (значение B обычно лежит в пределах от 1000 до 6000 K). Характер зависимости сопротивления термистора от температуры иллюстрируется рис. 1.1.

Выражение для ТКС NTC-термистора:

(1.2)

При использовании данной формулы следует помнить, что В и Т выражаются в кельвинах. Из (2.2) следует, что _Т термистора не является константой, а зависит от температуры (это отражено в обозначении _Т вместо _R). Во всей области рабочих температур (обычно от –55 до +155 °С) абсолютное значение _Т термисторов оказывается в десятки раз большим, чем у линейных постоянных резисторов.

Термисторы широко используются в системах автоматики как датчики температуры и в устройствах компенсации температурного дрейфа выходных сигналов усилителей.

Позисторы обычно изготавливаются на основе поликристаллической керамики из титаната бария (BaTiO₃), легированной различными примесями. Сопротивление позисторов на несколько порядков возрастает после превышения их температуры над некоторым значением (T_ref), что связано с фазовым переходом из сегнетоэлектрического состояния в параэлектрическое (рис. 1.2). Масштаб по оси ординат принято отображать логарифмическим, поскольку рост сопротивления от температуры носит почти экспоненциальный характер.

В области резкого увеличения сопротивления _Т позистора приблизительно постоянен. Тогда, если на этом участке известны два значения сопротивления, например, R₁ и R₂, которые соответствуют двум температурам Т₁ и Т₂, то для _Т будет справедливо:

(1.3)

В пределах этого температурного диапазона, зная сопротивление для некоторой температуры, можно рассчитать, каким станет сопротивление при другой температуре:

(1.4)

С помощью формулы (2.4) может быть рассчитано сопротивление позистора для выбранной температуры на основании его справочных данных. В этом случае вместо сопротивления R₁ и температуры T₁ используют R_ref и T_ref соответственно. Позисторы нашли широкое применение в схемах ограничения тока, а также как высокочувствительные датчики температуры.

Также, ниже приведены схемы измерений, используемые в работе:

Рис. 1.3. Схема измерения сопротивления резисторов.

Рис. 1.4. Схема измерения ВАХ позистора.

Обработка результатов измерений

1. Вычислим значения температурных коэффициентов сопротивления термистора b57045 в диапазоне температур от 24 °с (297 к) до 80 °с (353 к):

Для вычисления ТКС используем следующую формулу:

(1.5)

Диапазон от 297 К до 303 К: α_R = ∙ 10⁶ = - 3343,89 [ ]

Диапазон от 303 К до 313 К: α_R = ∙ 10⁶ = - 14439,66 [ ]

Диапазон от 313 К до 323 К: α_R = ∙ 10⁶ = - 25188,92 [ ]

Диапазон от 323 К до 333 К: α_R = ∙ 10⁶ = - 28451,18 [ ]

Диапазон от 333 К до 343 К: α_R = ∙ 10⁶ = - 28941,17 [ ]

Диапазон от 343 К до 353 К: α_R = ∙ 10⁶ = - 28476,82 [ ]

Полученные результаты занесем в таблицу:

Таблица 1.1

Исследование температурной зависимости сопротивления термистора b57045

Температура T, °С	24	30	40	50	60	70	80
Температура T, К	297	303	313	323	333	343	353
Сопротивление RT, кОм	9,47	9,28	7,94	5,94	4,25	3,02	2,16
Т, ppm/K	- 3343,89	- 14439,66	- 25188,92	- 28451,18	- 28941,17	- 28476,82	-

Значение ТКС для значения сопротивления термистора B57045 при температуре 80 °С (353 К) не заполнено в таблице, так как измерения сопротивления термистора при температуре 90 °С (363 К) не проводились.

2. Вычислим значения температурных коэффициентов сопротивления термистора b57164 по формуле (1.5) в диапазоне температур от 24 °с (297 к) до 80 °с (353 к):

Диапазон от 297 К до 303 К: α_T = ∙ 10⁶ = - 26811,60 [ ]

Диапазон от 303 К до 313 К: α_T = ∙ 10⁶ = - 30569,95 [ ]

Диапазон от 313 К до 323 К: α_T = ∙ 10⁶ = - 27611,94 [ ]

Диапазон от 323 К до 333 К: α_T = ∙ 10⁶ = - 23711,34 [ ]

Диапазон от 333 К до 343 К: α_T = ∙ 10⁶ = - 14864,86 [ ]

Диапазон от 343 К до 353 К: α_T = ∙ 10⁶ = - 9523,81 [ ]

Полученные результаты занесем в таблицу:

Таблица 1.2

Исследование температурной зависимости сопротивления термистора b57164

Температура T, °С	24	30	40	50	60	70	80
Температура T, К	297	303	313	323	333	343	353
Сопротивление RT, кОм	2,30	1,93	1,34	0,97	0,74	0,63	0,57
Т, ppm/K	- 26811,60	- 30569,95	- 27611,94	- 23711,34	- 14864,86	- 9523,81	-

Значение ТКС для значения сопротивления термистора B57164 при температуре 80 °С (353 К) не заполнено в таблице, так как измерения сопротивления термистора при температуре 90 °С (363 К) не проводились.