Методические указания к лабораторной работе по курсу “Физические основы электроники” для студентов специальностей 2007 Радиотехника (стр. 2 из 5)
4. Терморезистор косвенного подогрева, разогревается от специального дополнительного встроенного нагревателя.
5. Болометр - терморезистор, чувствительный к воздействию теплового и оптического излучений, содержащий в своем составе активную и компенсационную части.
Широко известны температурные зависимости электропроводности металлов, собственных и примесных полупроводников (германий, кремний и др.). Однако в терморезисторах эти материалы не нашли применения из-за:
- недостаточно сильной зависимости подвижности носителей заряда от температуры в проводниках и примесных полупроводниках;
- несоответствия типовому диапазону рабочих температур -600С - +600С;
- областей экпоненциального изменения концентрации носителей в примесных полупроводниках (область истощения примесей - менее 100 К, область перехода к собственной проводимости - более 400 К);
- высокой нестабильности величин сопротивлений технически изготавливаемых собственных полупроводников.
Термисторы изготавливаются из окислов металлов с незаполненными электронными оболочками. При низких температурах обмен электронами соседних ионов затруднен и электропроводность кристалла мала. С ростом темпе-
8
ратуры растет тепловая энергия атомов и электронов, интенсифицируется обмен электронами между ионами и экспоненциально возрастает подвижность носителей заряда.
Основные используемые материалы:
- кобальт-марганцевые сплавы (напр. терморезисторы КМТ-4,
СТ1-2);
- медно-марганцевые сплавы (напр. ММТ-1, СТ2-26);
- медно-кобальтовые сплавы (напр. М2К2, СТ3-6);
- оксиды ванадия V2 04 и V2 03.
Позисторы изготавливаются в основном из титаната бария (ВаТi03) с добавкой редкоземельных элементов (лантана, церия и др.) и керамики. Титанат бария - диэлектрик. При низких температурах в нем очень высока спонтанная (самопроизвольная) поляризация, высота барьеров между зернами мала, диэлектрическая проницаемость e > 1000, он является сегнетоэлектриком.
При нагреве до температуры, соответствующей точке Кюри (для титаната бария 1250С) и выше, спонтанная поляризация пропадает, происходит фазовое превращение титаната бария в параэлектрик, диэлектрическая проницаемость e резко уменьшается до единиц, растет высота потенциальных барьеров на границах зерен и сопротивление позистора многократно возрастает.
4.1. Основные параметры терморезисторов
1. Номинальное сопротивление Rном определяется при 200С, у различных терморезисторов лежит в пределах от десятков Ом до сотен килоОм.
2. Допустимое отклонение величины сопротивления от номинального - не более ±20%.
3. Диапазон рабочих температур Тmin - Тmax. Имеются терморезисторы [2] с величинами Тmin в пределах от -1960С до 00С и Тmax в пределах от 500С до 3000С.
4. Коэффициент температурной чувствительности В - аппроксимирующий коэффициент, используется для математического описания зависимости R и TKR от температуры. Вычисляется по формуле
В =
[K],где R1 и R2 - сопротивления терморезистора при температурах соответственно Т1 и Т2 (в градусах по шкале Кельвина).
У основной массы терморезисторов величина В лежит в диапазоне
2000 - 7200 [K], но есть терморезисторы с величиной В в пределах
700 - 15800 [K].
5. Температурный коэффициент сопротивления ТКR - изменение сопротивления терморезистора в % при изменении его температуры на 10С.
9
ТКR =
[% / град].В справочниках приводятся величины ТКR обычно для 200С. У различных термисторов величины ТКR лежат в диапазоне -(0,8-8,4) % / град., у позисторов +(10-20)% / град.
ТКR также определяется соотношением TKR = -
, 
где Т - температура по шкале Кельвина.
6. Максимальная рассеиваемая мощность РРАСС [мВт] - это максимально допустимая мощность, которую терморезистор может рассеивать при непрерывной электрической нагрузке и заданной температуре окружающей среды, сохраняя параметры в пределах норм. РРАСС обычно задается для 2-х температур - комнатной (200С) и максимальной. С ростом температуры окружающей среды РРАСС уменьшается в десятки - сотни раз.
7. Постоянная времени t [с] - промежуток времени, в течение которого температура терморезистора изменится на 63% (т.е. в
е = 2,7 раза) от величины перепада температур, обусловленных изменением подводимой к терморезистору мощности или изменением температуры окружающей среды в спокойном воздухе.
Для разных типов терморезисторов в зависимости от их размеров и конструкции постоянная времени лежит в пределах от 0,5 до 140 с.
4.2. Характеристики терморезисторов
1. Статическая вольтамперная характеристика терморезистора - это зависимость падения напряжения на терморезисторе от проходящего через него тока в условиях теплового равновесия терморезистора с окружающей средой. Статическая ВАХ снимается в установившемся режиме с учетом постоянной времени терморезистора t.
Начальные участки ВАХ и термисторов, и позисторов (ОА, ОС, ОЕ на рис.4) практически линейны. При дальнейшем увеличении тока подводимая мощность возрастает, происходит саморазогрев терморезисторов и подводимое напряжение у термисторов (а, б) или незначительно возрастает (участок АВ рис.4) или даже незначительно уменьшается (участок СД рис.4) из-за уменьшения их сопротивления.
У позисторов (в) в точке Е происходит разогрев от подводимой мощности до температуры, соответствующей точке Кюри, и при дальнейшем увеличении подводимого напряжения ток резко уменьшается (участок EF), а сопротивление возрастает.
2. Рабочая (температурная) характеристика терморезистора - это зависимость его сопротивления от температуры; снимается в установившемся режиме. Примеры температурных характеристик различных терморезисторов приведенына рис.5.
10
 |
11
Температурную характеристику термисторов можно аппроксимировать следующим уравнением:
R(T) = Ro exp
,из которого получаем уравнение
Rт = RN exp[B (
)], где Rт и RN - соответственно сопротивления при температурах Т и ТN (в градусах Кельвина), В - коэффициент температурной чувствительности.
Для позисторов рабочим является участок при Т > 1100С, где их
сопротивление резко возрастает при увеличении температуры (рис.5,
кривая в).
3. Подогревная характеристика (для термисторов косвенного подогрева) - это зависимость сопротивления от подводимой для подогрева мощности. Так как обычно размеры термисторов небольшие, а зависимость сопротивления от температуры достаточно сильная, то подогревная характеристика круто спадает при достаточно малой подводимой мощности (рис.6).
 |
12
5. ФОТОРЕЗИСТОР
Фоторезистор - это полупроводниковый резистор, сопротивление
которого изменяется в зависимости от поглощаемого светового потока.Для принципа действия фоторезистора наиболее важны следующие свойства:
а) фотогенерация избыточных носителей тока при поглощении квантов света с энергией больше ширины запрещенной зоны (hv > DW) или энергии активации примеси (hv > DWпр);
б) усиление фототока за счет многократного прохождения носителей через фоторезистор в случае, когда время жизни носителей t много больше времени пролета tпр их через фоторезистор при приложении к нему разности потенциалов. Коэффициент усиления фоторезистора по току
М =
.Область спектральной чувствительности фоторезисторов определяется шириной запрещенной зоны используемых материалов и, чтобы перекрыть и использовать излучения видимого, инфракрасного, ультрафиолетового диапазонов, созданы фоторезисторы из различных материалов:
- РвS , сернистый свинец (маркировки: старая - ФС-А, новая -
СФ-1);
- CdS, сернистый кадмий (ФСК, СФ-2);
- CdSe, селенистый кадмий (ФСД, СФ-3 и др.).
5.1. Основные параметры фоторезисторов
1. Темновое сопротивление Rт измеряется при отсутствии светового воздействия (Ф=0), имеет величину порядка 104 - 107 Ом.
2. Темновой ток Jт измеряется при напряжении 1 В.
Jт =
.3. Напряжение питания Un у различных фоторезисторов лежит в пределах
4 - 400 В.
4. Максимально допустимая мощность рассеяния Рmax имеет величины в пределах 0,01 - 0,2 Вт. Она ограничена допустимым ростом темнового тока за счет разогрева.
5. Постоянная времени t определяется временем жизни избыточных фотогенерированных носителей тока. Диапазон величин 10-5 - 10-1 с.