ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ

Терморезистор— полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводникового материала от температуры.

Для терморезистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени.

Рис.2.1. Терморезисторы.

КострукцияТерморезисторы изготавливают в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преимущественно методами порошковой металлургии. Их размеры могут варьироваться в пределах от 1–10 мкм до 1–2 см.

Классификация.Терморезисторыклассифицируются по основным параметрам.

по температуре эксплуатации:

§ сверхнизкотемпературные ( температуpa 4,2 К),

§ низкотемпературные (температуpa ниже 170 К),

§ низкотемпературные (температуpa ниже 170 К),

§ среднетемпературные (170–510 К)

§ высокотемпературные (выше 570 К).

§ сверхвысокотемпературные (температуpa 900–1300 К.).

по знаку ТКС:

§ позисторы (PTC-термисторы) - терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ПТКС);

§ термисторы (NTC-термисторы) - терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ОТКС);

то способу подогрева:

§ с прямым подогревом;

§ с косвенным подогревом.

Кроме классификации по основным параметрам, терморезисторы так же различают по назначению, по способы защиты, по конструкции, по типу материала, по технологии изготовления, режиму работы.

Режим работы терморезисторов зависит от того, на каком участке статической вольт-амперной характеристики (ВАХ) выбрана рабочая точка. В свою очередь ВАХ зависит как от конструкции, размеров и основных параметров терморезистора, так и от температуры, теплопроводности окружающей среды, тепловой связи между терморезистором и средой. Терморезисторы с рабочей точкой на начальном (линейном) участке ВАХ используются для измерения и контроля температуры и компенсации температурных изменений параметров электрической цепей и электронных приборов. Терморезисторы с рабочей точкой на нисходящем участке ВАХ (с отрицательным сопротивлением) применяются в качестве пусковых реле, реле времени, измерителей мощности электромагнитного излучения на СВЧ, стабилизаторов температуры и напряжения. Режим работы терморезистора, при котором рабочая точка находится также на ниспадающем участке ВАХ (при этом используется зависимость сопротивления терморезистора от температуры и теплопроводности окружающей среды), характерен для терморезисторов, применяемых в системах теплового контроля и пожарной сигнализации, регулирования уровня жидких и сыпучих сред; действие таких терморезисторов основано на возникновении релейного эффекта в цепи с терморезистором при изменении температуры окружающей среды или условий теплообмена терморезистора со средой.

Рис. 2.2. Классификация терморезисторов.

Основными параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния.

Различают терморезисторы с отрицательным (термисторы) и положительным (позисторы) ТКС. Их ещё называют NTC-термисторы и PTC-термисторы соответственно. У позисторов с ростом температуры растет и сопротивление, а у термисторов — наоборот: при увеличении температуры сопротивление падает.

Терморезисторы с отрицательным ТКС изготовляют из смеси поликристаллических оксидов переходных металлов (например, MnO, СoO?, NiO, CuO), легированных Ge и Si, полупроводников типа A^III B^V, стеклообразных полупроводников и других материалов.

Изготовляются также терморезисторы специальной конструкции — с косвенным подогревом. В таких терморезисторах имеется подогревная обмотка, изолированная от полупроводникового резистивного элемента (если при этом мощность, выделяющаяся в резистивном элементе, мала, то тепловой режим терморезистора определяется температурой подогревателя, то есть током в нём). Таким образом, появляется возможность изменять состояние терморезистора, не меняя ток через него. Такой терморезистор используется в качестве переменного резистора, управляемого электрически на расстоянии.

Условное изображение терморезисторов.Терморезисторы это разновидность резисторов, поэтому к изображению обычного резистора добавляют добавочные графические элементы.

а) б) в)

Рис. 2.3. Условное изображение терморезисторов: а) общее графическое изображение; б) термистор (терморезистор с отрицательным ТКС); в) позистор (терморезистор с положительным ТКС); г) терморезисторов с косвенным подогревом.

Условное обозначение терморезисторов.В настоящее время промышленностью изготовляются терморезисторы соответствующие трем различным ГОСТАм: ГОСТ 13453-64, ГОСТ 13453-68, ГОСТ 17598-72. Кроме действующих стандартов терморезисторы изготавливаются различными производителями, у которых собственная система условного обозначения. Согласно действующему стандарту ( ГОСТ 13453-64, ГОСТ 13453-68, ГОСТ 17598-72) условное обозначение резисторов состоит из следующих элементов.

первый элемент - буква или сочетание букв, обозначающих подкласс резисторов:

TP - тepмopeзиcтop c oтpицатeльным TKC ( термистор),

TPП - тepмopeзиcтop c нoлoжитeльным TKC (пoзиcтop).

второй элемент - цифра (цифры) обозначает группу резистивного материала элемента:

Hапpимep, TP-2-33 кОм ±20 %. - тepмopeзиcтop c oтpицатeльным TKC, пopядкoвым нoмepoм pазpабoтки 2, нoминальным coнpoтивлeниeм 33 кОм, дoпycкoм ±20 % . Hаpядy c нoвыми вcтpeчаютcя тepмopeзиcтopы нpoшлыx лет выпуска. В ocнoвy был нoлoжeн cocтав пoлyпpoвoдникoвoгo матepиала, из кoтopoгo изгoтoвлeн иx тepмoчyвcтвитeльный элeмeнт. Hанpимep, MMT - мeднo- маpганцeвыe; KMT - кoбальтo-маpганцeвыe. Cтабилизатopы нанpяжeния oбoзначаютcя TП2/0,5; TП2/2; TП6/2.Буквы oбoзначают T(тepмo) Р(peзиcтop) П (пpямoгo пoдoгpeва). Цифра в числителе yказываeт нoминальнoe значeниe нанpяжeния в вoльтаx, а в знамeнатeлe - cpeднюю cилy pабoчeгo тoка в миллиамнepаx. Датчики температурыТРП 68–01И - T(тepмo), Р(peзиcтop). П (пpямoгo пoдoгpeва), 68 – температура срабатывания, ⁰С, 01 –порядковый номер конструкторской разработки. И – с изолированными выводами от корпуса

Измерители СВЧ-мощности старых разработок обозначаются Т8, Т9, ТШ-1 и ТШ-2. Буква Ш здесь обозначает малую шунтирующую емкость. Более поздние разработки обозначаются СТ- 3-29 и СТ3-32. Терморезисторы косвенного подогрева старых разработок для систем регулирования с глубокой обратной связью обозначаются ТКП-20, ТКП-50 и ТКП-350. Цифры указывают значение сопротивления в Ом. Позднее для этих целей были разработаны терморезисторы СТ1-21, СТ3-21, СТ1-27 и СТ3-27. В терморезисторов высокой стабильности ТРА-1 и ТРА-2 буква А обозначает резистивный материал на основе монокристаллов полупроводникового алмаза

Основные параметры и характеристики

Характеристика терморезисторов. Характеристикой терморезисторов является их статическая вольтамперная характеристика. Она представляют собой зависимости протекающего через терморезистор тока от приложенного напряжения в условиях теплового равновесия между ним и внешней средой. Вид нелинейной статической ВАХ зависит от сопротивления термочувствительного элемента, его конструкции, габаритных размеров, степени тепловой связи с окружающей средой и внешней температуры.

а) б)

Рис. 2.4. Температурные зависимости сопротивления терморезисторов с отрицательным (а) и положительным (б) ТКС

Вид ВАХ терморезисторов косвенного подогрева в значительной степени зависит от тока, протекающего по обмотке подогрева І_п. Поэтому для них обычно приводятся характеристики подогрева, устанавливающие связь между сопротивлением терморезистора и мощностью, рассеиваемой на обмотке подогрева.

Рис. 2.5. Характеристика нагрева терморезисторов косвенного подогрева

Основные параметры терморезисторов.

§ R_н - номинальное сопротивление - сопротивление терморезисторов при определенной температуре окружающей среды, обычно - это 25°С или 20°С.

§ Т₂, Т₁интервал рабочих температур;

§ α - температурный коэффициент сопротивления - характеризует изменение сопротивления терморезистора в % при изменении температуры на 1 градус, обычно указывается для той же температуры, что и номинальное сопротивление.

§ Постоянная В- величина, характеризующая температурную чувствительность терморезисторов в определенном диапазоне температур. Определяется физическими свойствами полупроводникового материала, вычисляют по формуле:
, где

R₁ - сопротивление терморезистора, измеренное при температуре Т₁, Ом;
R₂ - сопротивление терморезистора, измеренное при температуре Т₂, Ом.

§ Р_мах - максимальная мощность рассеяния - это допустимая мощность при температуре 25°С (или другой указанной в ТУ), при которой в течение заданного времени (минимальной наработки) параметры терморезисторов остаются в пределах норм, установленных в ТУ.