Терморезисторы. Форма, габариты и конструктивные особенности современных терморезисторов весьма разнообразны: их выполняют в виде дисков

Форма, габариты и конструктивные особенности современных терморезисторов весьма разнообразны: их выполняют в виде дисков, миниатюрных бусинок, плоских прямоугольников и др.

В зависимости от типа используемого полупроводникового материала и габаритов чувствительного элемента исходное сопротивление терморезисторов составляет от нескольких Ом до десятков мегОм.

Рис.1. Простейшая цепь с терморезистором

На рис.1. изображена простейшая электрическая цепь, состоящая из терморезистора RK и линейного резистора R, величина которого не зависит от температуры. Если к этой цепи приложить напряжение Е, в ней установится некоторый ток I, величина которого определяется из решения системы уравнений:

Е = U_Т + U_R = U_Т + IR, (1)

U_Т = f (I), (2)

где U_Т — падение напряжения на терморезисторе в установившемся режиме.

Зависимость (2) представляет собой вольт-амперную характеристику терморезистора (рис. 2) с тремя основными участками: ОА, АВ и ВС. На начальном участке ОА характеристика линейная, так как при малых токах мощность, выделяющаяся в терморезисторе, мала и практически не влияет на его температуру. На участке АВ линейность характеристики нарушается. С ростом тока температура терморезистора повышается, а его сопротивление (вследствие увеличения числа электронов и дырок проводимости в материале полупроводника) уменьшается. При дальнейшем увеличение тока на участке ВС уменьшение сопротивления оказывается столь значительным, что рост тока ведет к уменьшению напряжения на терморезисторе. В конце участка ВС вольт-амперная характеристика все более приближается к горизонтальной линии параллельной оси абсцисс. Это и позволяет использовать некоторые типы терморезисторов для стабилизации напряжения.

Рис.2. Вольт-амперная характеристика терморезистора

Характерным для цепи, содержащей терморезистор RK и линейный резистор R, является резкое, скачкообразное нарастание или убывание тока, вызванное изменением сопротивления терморезистора. Это явление получило название релейного эффекта. Реллейный эффект может произойти в результате изменения температуры окружающей среды или величины приложенного к цепи напряжения. Релейный эффект используется в разнообразных схемах тепловой защиты, температурной сигнализации, автоматического peгулирования температуры и т. д.

Помимо вольт-амперной характеристики, важнейшей xapaктеристикой терморезистора является зависимость его сопротивления от температуры. Типичная температурная характеристика R = φ (Т) терморезистора с отрицательным температурным коэффициентом приведена на рис. 3.

Рис.3. Температурная характеристика терморезистора с

отрицательным коэффициентом

Важнейшими параметрами терморезисторов являются:

Номинальное (холодное) сопротивление — сопротивление рабочего тела терморезистора при температуре окружающей среды 20 °С, Ом..

Температурный коэффициент сопротивления α_Т, выражающий в процентах изменение абсолютной величины сопротивления рабочего тела терморезистора при изменении температуры на 1 ⁰С. Обычно значение α_Т приводится для температуры 20 °С. Значение для любой температуры в диапазоне 20—150 °С определяется из соотношения:

,

где — коэффициент температурной чувствительности, зависящий от физических свойств материала, К; Т₁ — исходя температура рабочего тела; Т₂ — конечная температура рабочего тела для которой определяется значение α_Т; R_Т1 и R_Т2— сопротивления рабочего тела терморезистора при температурах соответственно Т₁ и Т₂.

Наибольшая мощность рассеивания — мощность, при которой терморезистор, находящийся при температуре 20 °С, разогревается протекающим током до максимальной рабочей температуры.

Максимальная рабочая температура — температура, при которой характеристики терморезистора остаются стабильными длительное время (в течение указанного срока службы).

Постоянная времени τ — время, в течение которого температура терморезистора становится равной 63 ^СС при перенесении его из воздушной среды с температурой 0 °С в воздушную среду с температурой 100 °С, с. Таким образом, параметр τ характеризует тепловую инерцию терморезистора.

Постоянная времени τ представляет собой отношение теплоемкости С к коэффициенту рассеивания b:

τ = С / b.

Теплоемкость С — количество тепла, которое необходимо сообщить терморезистору, чтобы повысить температуру рабочего тела на 1 ⁰С, Дж/°С.

Коэффициент рассеивания b — мощность, рассеиваемая терморезистором при разности температур рабочего тела и окружающей среды в 1 °С, Вт/град.

Терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом используются для измерения и регулирования температуры, термокомпенсации различных элементов электрической цепи, работающих в широком интервале температур, измерения мощности высокочастотных колебаний и индикации лучистой энергии, стабилизации напряжения в цепях постоянного и переменного токов, в качестве регулируемых бесконтактных резисторов и т. п.

Терморезисторы с положительным температурным коэффициентом (позисторы) изготовляются на основе титаната бария, легированного специальными примесями, которые в определенном интервале температур увеличивают свое удельное сопротивление на несколько порядков.