Терморезистори - це напівпровідникові резистори, значно змінюють свій опір при зміні температури. Вони мають велику величину температурного коефіцієнта опору і нелінійну вольт-амперну характеристику.
До основних характеристик терморезисторов відносяться: номінальне сопротівленіеR, його температурна залежність, що підкоряється експонентному закону, і температурний коефіцієнт опору (ТКR). Важлива вимога - стабільність цих характеристик при експлуатації. У невеликому обсязі терморезистора можна зосередити великий опір (Rізменяется в межах від Ом до МОм), завдяки чому опір електричного кола, в яку включений терморезистор, буде в основному визначатися опором терморезистора. Змінюючи температуру терморезистора, можна регулювати струм в ланцюзі.
Температурний коефіцієнт опору (ТКR) терморезистора є відносна зміна опору при зміні температури на 1 ° C і виражається рівнянням
де TKR - температурний коефіцієнт опору, 1 /; R2 - опір котушки при температурі t2; R1 - опір котушки при температурі t1 (t2> t1).
Для виробництва терморезисторов найбільший інтерес представляють напівпровідникові матеріали, що забезпечують широкий діапазон номінального опору R, різний температурний коефіцієнт питомого опору, малий розкид параметрів і т.д. Крім того, бажано, щоб характеристики цих матеріалів були малочутливі до присутності сторонньої домішки і невеликим відхиленням від режиму термообробки. Шляхом підбору певного співвідношення утворюючих компонентів отримують задані значення номінального опору Rи ТКR.
Важливою характеристикою терморезисторов є також постійна часу # 964; - час, протягом якого температура терморезистора змінюється в «е» раз (на 63%) при перенесенні його з повітряного середовища з температурою 120 ° С в повітряне середовище з температурою 20 ° С. Постійна часу # 964; у різних терморезисторов змінюється від 0,5 до 140 с.
Залежно від будови напівпровідникового матеріалу ТКR може бути не тільки негативним, але і позитивним в певному інтервалі температур. При цьому причини, що призводять до зміни опору внаслідок зміни температури, будуть різними у терморезисторов з позитивним і негативним ТКR.
Напівпровідникові терморезистори з негативним ТКR називають термісторами (рис. 5.1а). Їх виготовляють з різних напівпровідникових матеріалів. У термісторів, отриманих з монокристалічного ковалентного напівпровідника (Si, Gе, siс, gар і ін.), В інтервалі температур, відповідному примесной або власної електропровідності, ТКR має від'ємне значення. В даному випадку зі збільшенням температури електропровідність зростає, а опір знижується (в результаті збільшення концентрації носіїв заряду).
Залежність опору термісторів від температури в діапазоні кількох десятків градусів задовільно описується експоненціальною функцією
де А - опір при нескінченно великій температурі, В - коефіцієнт температурної чутливості (його значення зазвичай лежать в діапазоні
1200-16000).
Коефіцієнт температурної чутливості B можна визначити за формулою
де T0 - початкова значення температури термістора (градуси Кельвіна) і
R0 - опір при цій температурі; Tm - максимальне значення температури термістора і Rm - опір при цій температурі.
Коефіцієнт А можна визначити за формулою
Мал. 5.1. Температурні залежності термистора (а) і позистора (б)
В даний час у виробництві термисторов найбільше застосування отримали оксиди металів перехідною групи таблиці Д.І. Менделєєва: Тi, V, Cr, Мn, Fе, Со, Ni, Сu, Zn. Напівпровідникова кераміка на їх основі має нижчу вартість, ніж монокристалічні напівпровідники, що в значній мірі обумовлює її широке застосування.
Величина ТКR термисторов залежить від ширини забороненої зониполупроводнікового матеріалу, з якого вони виготовлені; вона не постійна і з підвищенням температури зменшується.
У виробництві термісторів зазвичай використовують суміші напівпровідникових оксидів металів перехідної групи періодичної системи Д.І. Менделєєва: СuО + Мn3 О4; Мn3 О4 + NiO; Мn3 О4 + NiO + С3 О4. а також суміші оксидів заліза з напівпровідниками складного складу: МnСо2 О4. СuМn2 О4. МgСr2 О4 і ін. Найбільш поширеними типами термісторів є медномарганцевие (ММТ), кобальтомарганцевие (КМТ і СТ1) і меднокобальтомарганцевие (СТЗ).
Термістори використовують для температурної стабілізації електричних ланцюгів і контурів, стабілізації режимів транзисторних каскадів, температурної компенсації приладів, в пристроях вимірювання і регулювання температури і пристроях автоматики і контролю.
Терморезистори з позитивним ТКR називають позисторами
(Рис. 5.1б). В основному позистора виробляють з напівпровідникової кераміки, яка має точкою Кюрі і великим позитивним ТКR у вузькому інтервалі температур.
Описати залежність опору позисторов від температури експоненційної функцією, на жаль, не вдається.
Найбільш поширені - позистора типів СТ5 і СТ6 - виготовляють з кераміки на основі титанату барію ВаТiO3. Опір такої кераміки знижують шляхом додавання рідкоземельних елементів. При нагріванні її опір змінюється в 10 3 -10 5 разів. Опір кераміки на основі ВаТiO3 визначається опором поверхневих шарів контактуючих між собою кристалічних зерен (кристалітів).
У виробництві позисторов іноді використовують монокристалічний Si, Gе або інший ковалентний напівпровідник. Позитивний ТКR у цих матеріалів пояснюється тим, що в області насичення, в якій знаходиться робочий температурний інтервал напівпровідникового приладу, зі збільшенням температури зменшується рухливість, а їх концентрація nне змінюється. Тому # 947; зменшується і ТКR стає позитивним. Позистора, виготовлені з монокристалічного кремнію з невеликою концентрацією домішок (10 21 -10 23 м -3), мають ТКR = (0,7-1,0) # 8729; 10 -2 До -1 з позитивним знаком в інтервалі від 20 до 100 ° С. Ці позистора в порівнянні з полікристалічний мають менший розкид характеристик.
Полікристалічні напівпровідникові матеріали, що мають більш низьку вартість і більший ТКR. ніж монокристалічні, знайшли широке застосування у виробництві позисторов. Позитивний ТКR у позисторов всіх типів спостерігається в певному інтервалі температур. При температурах вище або нижче цього інтервалу ТКR стає негативним.
Позистора використовують для безконтактних термопереключателей, захисту елементів радіоапаратури від перевантаження по струму, для захисту електродвигунів в апаратах запису і відтворення звуку.
Деякі характеристики термісторів і позисторов наведені в таблицях 5.1 і 5.2.
Деякі характеристики термісторів