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. 3291 _________________ Чупаков.В.В

Преподаватель _________________ Грязнов А.Ю.

Санкт-Петербург

2025

Цель работы: ознакомление с характеристиками нелинейных полупроводниковых резисторов (терморезисторов) и регулировочных резисторов.

Основные сведения о терморезисторах

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:

, (2.1)

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. 2.1.

По определению температурный коэффициент сопротивления любого резистора находится по формуле (1.1). Если подставить (2.1) в (1.1) и взять производную, то получим следующее выражение для ТКС NTC-термистора:

. (2.2)

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. 2.2). 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:

. (2.3)

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

(2.4)

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.

Рис. 2.3. Типы функциональных зависимостей переменных регулировочных резисторов

Для механического переменного резистора (регулировочного резистора) исследуется его функциональна зависимость – значение сопротивления от угла поворота, которое может изменяться по различным законам (рис 2.3).

По характеру функциональной зависимости переменные резисторы делятся на линейные – типа А и нелинейные – типов Б, В, И, Е и др. Характер нелинейной зависимости определяется схемными задачами, для решения которых предназначен резистор. Наиболее распространенные зависимости логарифмические (Б) и обратнологарифмические (В). Резисторы с такими зависимостями применяются для регулировок громкости и тембра звука, яркости свечения индикаторов и т.п. Встречаются резисторы с характеристиками типа И или Е, а также с синусными, косинусными зависимостями, используемые в устройствах автоматики и вычислительной техники.

Обработка результатов

1. Вычислим значения температурных коэффициентов сопротивления термисторов B57164, B57045 в диапазоне температур от 18 °С (291 К) до 80 °С (353 К) и позистора в диапазоне температур от 18 °С (291 К) до 125 °С (398 К) экстраполировав значение сопротивления для 125 °С и занесём в таблицы 2.1, 2.2, 2.3:

Для вычисления ТКС используем следующую формулу:

(2.5)

Пример вычисления для диапазона от 313 К до 323 К B57164:

α_T = 10⁶ = -20299,7 [ ]

Таблица 2.1

Исследование температурной зависимости сопротивления термистора b57164

Температура T, °С	18	30	40	50	60	70	80
Температура T, К	291,0	303,0	313,0	323,0	333,0	343,0	353,0
Сопротивление RT, Ом	2360,0	1752,0	1468,0	1170,0	956,0	815,0	800,0
Т  ppm 	-21468,9	-16210,0	-20299,7	-18290,6	-14749,0	-1840,5	-

Таблица 2.2

Исследование температурной зависимости сопротивления термистора b57045

Температура T, °С	18	30	40	50	60	70	80
Температура T, К	291,0	303,0	313,0	323,0	333,0	343,0	353,0
Сопротивление RT, Ом	11530,0	10230,0	7830,0	5620,0	3990,0	2950,0	1930,0
Т  ppm 	-9395,8	-23460,4	-28224,8	-29003,6	-26065,2	-34576,3	-

Таблица 2.3

Исследование температурной зависимости сопротивления позистора

Температура T, °С	18	30	40	50	60	70	80	90	125
Температура T, К	291	303	313	323	333	343	353	363	398
Сопротивление RT, Ом	53	58	67	77	86	152	486	3310	13194
Т, ppm/K	7861,6	15517,2	14925,4	11688,3	76744,2	219736,8	581070,0	90488,0	–

2. Построим графики температурной зависимости сопротивления термисторов B57164, B57045 и позистора.

Рис. 2.4 – Температурная зависимость сопротивления термистора B57164

Рис. 2.5 – Температурная зависимость сопротивления термистора B57045

Рис. 2.6 – Температурная зависимость сопротивления позистора

3. Заполним таблицу 2.4 и построим график вольтамперной характеристики позистора

Таблица 2.4

Результаты исследования вах позистора

Напряжение U, В	0	1	2	3	4	5	6	8	10	15	20
Ток I, мА	0	12,7	30,3	47,3	59,1	65,2	60,3	52,3	44	30,9	24,2

Рис. 2.7 – ВАХ позистора

4. Заполним таблицу 2.5 и построим график зависимости сопротивления от угла поворота ручки, график функциональной характеристики регулировочного резистора в полярных координатах

Таблица 2.5