загрузка...
загрузка...
На головну

термістори

Дивіться також:
  1. Лекція № 10. Фізичні принципи роботи найбільш поширених вимірювальних перетворювачів
  2. список термінів
  3. температурних умов
  4. Терморезистор
  5. Елементи, чутливі до температури

Схеми для дослідження варисторів

Схема на рис. 5.3.1 дозволяє зняти вольтамперні I = f (U) і ампер-температурні характеристики варисторів I = f (?). Величина напруги джерела живлення Е і опір навантаження RH вибираються в залежності від типу досліджуваного варістора.

При дослідженні температурних залежностей варістор поміщається в термостат.

термістор (терморезистор) - Це напівпровідниковий резистор, в якому використовується залежність електричного опору напівпровідника від температури.

У термисторах прямого підігріву опір змінюється або під впливом тепла, або в результаті зміни температури термістора через зміни теплового опромінення термистора (наприклад, при зміні температури навколишнього середовища). Найбільш широко застосовуються термістори, основною особливістю яких є значне зменшення опір зі збільшенням температури, тобто термістори з негативним температурним коефіцієнтом опору.

Зменшення опору напівпровідника зі збільшенням температури може бути обумовлено різними причинами - збільшенням концентрації носіїв заряду, збільшенням їх рухливості або фазовими перетвореннями напівпровідникового матеріалу.

I. Перше явище характерне для термісторів, виготовлених з монокристалів ковалентних напівпровідників (кремній, германій, карбід кремнію, сполуки типу АIIIBV та ін.). Такі напівпровідники мають негативним температурним коефіцієнтом опору в діапазоні температур, відповідних примесной електропровідності, коли не всі домішки іонізовані, коли концентрація носіїв через іонізації власних атомів напівпровідника. І в тому і в іншому випадку залежність опору напівпровідника визначається в основному зміна концентрації носіїв заряду, так як температурні зміни рухливості при цьому нехтує малі.

У цих діапазонах температур залежність опору напівпровідника від температури відповідає рівняння

, (6.1.1)

де В - Коефіцієнт температурної чутливості; R? - Постійна, що залежить від матеріалу і розмірів термистора.

При неповної іонізації і відсутності компенсації ,

де DEп - Енергія іонізації домішок (донорів або акцепторів).

Для скомпенсованого напівпровідника при неповній іонізації домішок

.

При власній електропровідності

,

де DE - Ширина забороненої зони напівпровідника.

II. Основна частина термисторов, що випускаються промисловістю, виготовлена з полікристалічних окисних напівпровідників - з оксидів так званих металів перехідної групи таблиці Менделєєва (від титану до цинку). Термістори в формі стрижнів, трубок, дисків або пластинок отримують методом керамічної технології, тобто шляхом випалу заготовок при високій температурі.

Електропровідність окисних напівпровідників з переважаючою іонним зв'язком між атомами відрізняється від електропровідності ковалентних напівпровідників. Для металів перехідної групи характерні наявність незаповнених електронних оболонок і змінна валентність. В результаті при утворенні оксиду в певних умовах (наявність домішок, відхилення від стехіометрії) в однакових кристалографічних положеннях виявляються іони з різними зарядами. Електропровідність таких металів пов'язана з обміном електронами між сусідніми іонами. Енергія, необхідна для такого обміну, мала. Тому всі електрони (або дірки), які можуть переходити від одного іона до іншого, можна вважати вільними носіями заряду, а їх концентрацію - постійної в робочому діапазоні температур термистора.

Через сильний впливу носіїв заряду з іонами рухливість в Окісна напівпровіднику виявляється малої і експериментально зростаючої з ростом температури. В результаті температурна залежність опору термістора з окисного напівпровідника виявляється такою ж, як і у термісторів з ковалентних напівпровідників (рис. 6.1.1), але коефіцієнт температурної чутливості характеризує в цьому випадку зміна рухливості носіїв заряду, а не зміна їх концентрації.

III. У окислах ванадію V2O2 и V2 O3 при температурі фазових перетворень (68 оЗ і -110 оС) спостерігається зменшення питомої опору на кілька порядків. Це явище також може бути використано для створення термисторов з великим негативним температурним коефіцієнтом опору в діапазоні температур, відповідних фазового перетворення.

6.2. Характеристики та параметри термисторов прямого підігріву

Температурна характеристика термістора - Це залежність його опору від температури. Приклад температурної характеристики одного з термісторів наведено на рис. 6.2.1.

Номінальний опір термістора - Це його опір при певній температурі (зазвичай 20 оС). Термістори виготовляють з допустимим відхиленням від номінального опору ± 20, 10 і 5%. Номінальні опору різних типів термісторів мають значення від декількох Ом до декількох сотень кіло.

Коефіцієнт температурної чутливості В - Це коефіцієнт в показнику експоненти температурної характеристики термістора (1). Значення цього коефіцієнта, що залежить від властивостей матеріалу термистора, практично постійно для даного термистора в робочому діапазоні температур і для різних типів термісторів знаходиться в межах від 700 до 15 00 К. Коефіцієнт температурної чутливості може бути знайдений експериментально шляхом вимірювання опору термістора при двох температурах То и Т за формулою

. (6.2.1)

Температурний коефіцієнт опору термістора показує відносну зміну опір термістора при зміні температури на один градус:

ТК . (6.2.2)

Температурний коефіцієнт опору залежить від температури, тому його необхідно записувати індексом, що вказує температуру, при якій має місце дане значення. Залежність температурного коефіцієнта від температури можна отримати з рівнянь (6.2.1) і (6.2.2):

ТК R = - B / T 2 (6.2.3)

Значення температурного коефіцієнта опору при кімнатній температурі різних термисторов знаходяться в межах (0,8?6,0) ? 10-2 К-1.

Коефіцієнт розсіювання термистора Н чисельно дорівнює потужності, що розсіюється термістором при різниці температур термистора і навколишнього середовища в один градус, або, іншими словами, чисельно дорівнює потужності, яку треба виділити в термісторі від проходить через нього струму в умовах теплового рівноваги між термістором і навколишнім середовищем

На ріс.6.2.2. показані статичні вольтамперні характеристики термісторів. Лінійність характеристик при малих токах і напруги пояснюється тим, що виділяється в термісторі потужність недостатня для істотної зміни його температури. При збільшенні струму, що проходить через термістор, що виділяється в ньому потужність підвищує його температуру. Опір термістора визначається, таким чином, сумарною температурою навколишнього середовища і температурою підігрівача термистора. При цих токах опір термістора зменшується зі збільшенням струму і темпе-ратури відповідно до (6.2.2), лінійність статичної вольтамперної характеристики порушується. При подальшому збільшенні струму і великий температурної чувст-вітельнимі термистора може спостерігатися падаючу ділянку статичної вольт-амперної характеристики, тобто умень-шення напруги на термісторі зі збільшенням проходить через нього струму.

Максимально допустима температура термістора - Це температура, при якій ще не відбувається незворотних змін параметрів і характеристик термистора. Максимально допустима температура визначається не тільки властивостями вихідних матеріалів термистора, але і його конструктивними особливостями.

Максимально допустима потужність розсіювання термистора - Це потужність, при якій термистор, що знаходиться в спокійному повітрі при температурі 20 оЗ, розігрівається при проходженні струму до максимально допустимої температури. При зменшенні температури навколишнього повітря, а також при роботі термистора в середовище, що забезпечують кращий тепловідвід, потужність розсіювання може перевищувати максимально допустиме значення.

Коефіцієнт енергетичної чутливості термистора G чисельно дорівнює потужності, яку необхідно підвести до термисторах для зменшення його опору на 1%. Коефіцієнт енергетичної чутливості пов'язаний з коефіцієнтом розсіювання і температурним коефіцієнтом опору співвідношенням G = H / TK R.

Величина коефіцієнта енергетичної чутливості залежить від режиму роботи термистора, тобто буде різна в кожній точці статичної вольтамперної характеристики.

Постійна часу термістора - Це час, протягом якого температура термістора зменшитися на 63% (в е раз) по відношенню до різниці температур термистора і навколишнього середовища (наприклад, при перенесенні термистора з повітряного середовища з температурою 120оЗ в повітряне середовище з температурою 20оС). Теплова інерційність термистора, яка характеризується його постійної часу, визначається конструкцією і розмірами термистора і залежить від теплопровідності середовища, до якої знаходиться термистор. Для різних типів термісторів постійна часу лежить в межах від 0,5 до 140 с.

6.3. Термістори непрямого підігріву

Термістор непрямого підігріву - це термистор, що має додаткове джерело тепла - підігрівач.


 Конструктивне виконання термисторов непрямого підігріву може бути різним. Часто підігрівач роблять у вигляді обмотки на ізоляційної трубці, всередині якої розташований термистор. В інших випадках термистор зроблений у вигляді трубки, усередині якої проходить нитка підігрів. Загальним для всіх конструкцій термисторов непрямого підігріву є наявність у них електрично ізольованих один від одного ланцюгів - керуючої і керованої.

Крім таких параметрів, як номінальний опір і коефіцієнт температурної чутливості, термістори непрямого підігріву мають свої специфічні характеристики і параметри.

Статичні вольтамперні характеристики термистора непрямого підігріву знімають при різних токах через підігрівач. (Рис 6.3.1.).

Подогревним характеристика - це залежність опору термістора непрямого підігріву від потужності, що виділяється в спіралі подогревним обмотки (рис. 6.3.2.).

Для отримання найбільшої чутливості термистора непрямого підігріву, тобто найбільшого зміни опору, його слід використовувати в режимах, при яких потужністю, що виділяється в самому термочутливому елементі проходить через нього струмом, можна було знехтувати.

Коефіцієнт теплової зв'язку - Це відношення потужності РТ, Необхідної для розігріву термочутливого елемента до деякої температури при прямому нагріванні, до потужності Рпід, Необхідної для розігріву до тієї ж самої температури при непрямому підігріві, тобто шляхом пропускання струму через підігрівач:

К = РТ/ Рпід.


 Зазвичай для визначення коефіцієнта теплової зв'язку термистор непрямого підігріву розігрівають до так званого гарячого опору термістора при максимальній потужності, що виділяється в підігрівачі. Коефіцієнт теплової зв'язку зазвичай знаходитися в межах від 0,5 до 0,97, тобто менше одиниці, так як частина тепла, що виділяється підігрівачем, неминуче втрачається. Термістори непрямого підігріву в даний час практично не використовуються через їх великих розмірів, необхідності використання додаткового джерела живлення для підігріву термістора, великий споживаної потужності.

Схема для дослідження термисторов прямого підігріву, наведена на рис. 6.3.3, дає можливість зняти вольтамперні характеристики термісторів при різній температурі навколишнього середовища.

Напруга на термистор подається від джерела постійної напруги U блоку живлення. Напруга плавно регулюється потенціометром R в блоці живлення.

Максимальне значення коефіцієнта нелінійності «-- попередня | наступна --» фоторезистори
загрузка...
© om.net.ua