ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ

Общие сведения о полупроводниковых терморезисторах

Полупроводниковые терморезисторы в большинстве случаев являются нелинейными элементами электрических цепей. Нелинейность вольт-амперных характеристик обусловлена большим влиянием нагрева рабочего тела при прохождении электрического тока (положительной тепловой обратной связи) и нелинейностью температурной характеристики. В зависимости от назначения ПТР выполняются различной конструкции. Для целей регулирования и измерения температуры ПТР выполняются малых размеров в форме бусинок диаметром 1 мм и менее или имеют форму обычных маломощных резисторов и другие формы. В качестве материала ПТР в основном применяются смеси окислов меди и марганца (тип ММТ), кобальта и марганца (КМT). Рассмотрим основные характеристики и параметры определяющие его свойства и требования для их экспериментального определения.

5.2.2 Температурная характеристика

Температурной характеристикой ПТР называется зависимость сопротивления от температуры и в рабочем диапазоне температур достаточно точно описывается выражением:

R=R₀ e^-b/Т, (3.2.1)

где R – сопротивление рабочего тела ПТР при определенной температуре в омах;

Т – температура, К;

е – основание натурального логарифма;

R₀, b – коэффициенты, постоянные для данного экземпляра терморезистора;

Для вычисления R₀, b достаточно подставить два известных значения сопротивления и соответствующие им температуры в выражение (3.2.1). Решение полученной системы уравнений даст формулу вычислений R₀, b.

(3.2.2)

(3.2.3)

Следовательно, температурную характеристику можно считать заданной, если известны сопротивления и . Обычно в качестве берется сопротивление ПТР при температуре Т=273 К, которое называют номинальным сопротивлением. Сопротивление удобно замерять при температуре кипения воды Т=373 К.

При изменении сопротивления ПТР необходимо обеспечить постоянство температур окружающей среды, помещая ПТР в термостаты. Измерение можно производить с помощью универсальных мостов или по методу амперметра и вольтметра. Однако в любом случае предварительно следует выяснить величину измерительного тока, который не вызовет заметного разогрева рабочего тела ПТР. Для этого можно воспользоваться вольт-амперной характеристикой (ВАХ) ПТР при комнатной температуре.

5.2.3 Статическая вольтамперная характеристика

Статическая ВАХ ПТР – это зависимость между протекающим через него током и падением напряжения при установившемся режиме нагрева U=f(J).

В связи с тем, что при прохождении через ПТР тока в нем выделяется тепло, температура рабочего тела оказывается выше температуры окружающей среды. Сопротивление ПТР принимает значение, соответствующе этой суммарной температуре (температура среды + перегрев). Поскольку сопротивление связано с температурой нелинейной зависимостью, ВАХ также нелинейна. ВАХ снимается экспериментально при постоянной температуре окружающей среды. Состав среды и скорость ее перемещения относительно поверхности ПТР должны поддерживаться постоянными в течении эксперимента. Изменение температуры, состава или скорости среды вызовут существенные изменения формы ВАХ.

Обычно в литературе приводятся ВАХ, снятые в спокойном воздухе или же указываются условия её определения. Пример характеристики приведен на рис.1.

В силу нелинейности ВАХ статическое сопротивление ПТР зависит от величины установившегося тока протекающего через ПTP. Оно определяется как отношение падения напряжения на ПТР к протекающему через него току в установившемся режиме:

R=U/J (3.2.4)

где U – падение напряжения на ПТР, В;

J – установившийся через ПТР ток, А.

Рис. 1 Вольт-амперная характеристика ПТР

По величине статического сопротивления можно найти температуру рабочего тела ПТР соответствующую данной точке ВАХ. Для этого надо располагать температурной характеристикой данного ПТР. Дифференциальное сопротивление равно пределу отношения приращения напряжения на ПТР к приращению тока в нем, когда последнее приращение стремится к нулю. Если ВАХ имеет точку максимума, то в этой точке дифференциальное сопротивление r_g определится

(3.2.5)

Правее точки максимума r_g<0.

Статическое сопротивление пропорционально тангенсу угла α, образованного секущей, проведенной из начала координат в рассматриваемую точку ВАХ, и осью токов. Дифференциальное сопротивление пропорционально тангенсу угла b образованного касательной в рассматриваемой точке характеристики с осью токов (рис. 1).