Основные параметры и характеристики

К основным параметрам и характеристикам полупроводниковых терморезисторов относятся следующие.

Номинальное сопротивление – сопротивление терморезистора при определенной температуре окружающей среды (обычно это 20 ºС). Промежуточные сопротивления терморезисторов соответствуют ГОСТ 2825-63.

Для каждого терморезистора указывается допустимое отклонение от номинального сопротивления в процентах.

Основной характеристикой терморезистора является температурная зависимость сопротивления. Она практически определяет остальные характеристики терморезистора. Сопротивление терморезистора с отрицательным ТКС в рабочем интервале температур изменяется по экспоненциальному закону:

(1)

где A - постоянная, определяемая физическими свойствами материала и пропорциональная удельному сопротивлению; В – постоянная, определяемая энергией активации электрона, т.е. энергия, которую необходимо затратить для того, чтобы перевести электрон полупроводникового материала в энергетическое состояние проводимости; Т – температура, К.

Расчет сопротивления терморезистора при различной температуре окружающей среды может бить произведен го формуле:

(2)

где R_To - сопротивление при То = 293 К, Т – температура, при которой определяют сопротивление, К.

Следовательно, постоянная В может быть найдена в соответствии с выражением (2) и по экспериментальным данным измерения сопротивления терморезистора при температурах Тo и Т как

(3)

Температурный коэффициент сопротивления характеризует чувствительность, т.е. изменение сопротивления терморезистора под действием температуры и выражается в следующем виде:

(4)

Значение ТКС в соответствии с (1) и (4) можно найти как

(5)

Из выражения (5) видно, что при повышении температуры абсолютная величина ТКС будет уменьшаться. Следует отметить, что для терморезисторов с положительным ТКС характерно его резкое увеличение в узком интервале температур.

Статические вольтамперные характеристики терморезисторов определяют зависимость тока, протекающего через элемент, от приложенного к нему напряжений при тепловом равновесии между терморезистором и окружающей средой. При протекании через терморезистор тока в нем выделяется тепло, и температура элемента будет превышать температуру окружающей среды, т.е. происходит самонагрев и, следовательно, сопротивление терморезистора определяется суммарной температурой: температурой среды и температурой саморазогрева.

На рис.1 показан характер зависимости тока через терморезистор от напряжения на нем.

Рис.1. Вольтамперная характеристика термистора

Физически вид вольтамперной характеристики определяется зависимостью между сопротивлением терморезистора Rт и рассеиваемой им мощностью Рт. Действительно, в соответствии с выражением (1) величина сопротивления определяется только его температурой. Мощность, рассеиваемая терморезисторам в среду с неизменным состоянием, также определяется температурой. Следовательно, каждой величине рассеиваемой мощности будет соответствовать определенное сопротивление терморезистора. Соответствие зависимости вольт – амперной характеристике, приведенной на рис.1, определяется выражениями:

(6)

(7)

И, наоборот, но статической вольтамперной характеристике можно построить по выражениям:

;

Как видно из рис.1, при возрастании тока напряжение вначале возрастает согласно закону Ома, но с увеличением самоподогрева сопротивление падает, и напряжение также начинает уменьшаться. Очевидно, что максимум напряжения Umax зависит от окружающей температуры и условий охлаждения. Для практических цепей напряжение на терморезисторе не должно быть больше, чем Umax. Это важнейшая характеристика для всех применений терморезистора, особенно для изучения и расчетов колебательных процессов в цепях с терморезисторами.

Статическое сопротивление терморезистора R определяется отношением напряжения U на терморезисторе к протекающему через него току I в установившемся режиме

(8)

Дифференциальное сопротивление Rд терморезистора равно пределу отношения приращения напряжения на нем к приращению тока, когда приращение тока стремится к нулю. Экспериментально дифференциальное сопротивление может быть найдено как тангенс угла, образованного касательной в рассматриваемой точке вольтамперной характеристики и осью токов.

Максимальная мощность рассеяния Рт - мощность, при которое терморезисторы, находящиеся при температуре 20 ± 1 ºС, разогреваются при протекании тока до максимальной рабочей температуры.

Максимальная рабочая температура Т_m - температура, при которой характеристики терморезистора остаются стабильными в течение указанного изготовителем срока службы. При более высоких температурах могут произойти необратимые изменения, из-за которых терморезистор выходит из строя. Максимальная рабочая температура определяется не только свойствами материала терморезистивного элемента, но и конструктивными особенностями терморезистора. Часто допустимая рабочая температура ограничивается температурой размягчения припоя, используемого для соединения терморезистивного элемента с выводами.

Коэффициент рассеяния Н (Вт/ ºС) численно равен мощности, рассеиваемой на терморезисторе при разности температур образца и окружающей среды в 1 ºС.

Коэффициент энергетической чувствительности G численно равен мощности, которую необходимо подвести к термистору для уменьшения его сопротивления на 1%. Значение коэффициента энергетической чувствительности определяется режимом работы терморезистора.

Коэффициенты энергетической чувствительности и рассеяния, зависящие от свойств полупроводникового материала и характера теплообмена термистора с окружающей средой, связаны следующим соотношением:

(9)

Постоянная времени τ терморезистора – время, в течение которого температура термистора повышается до 63 ºС при перенесении его из воздушной среды с температурой 0 ºС в воздушную среду о температурой 100 ºС. Постоянная τ характеризует тепловую инерционность терморезистора, т.е. время, в течение которого температура рабочего тела термистора изменяется в е раз.

Стабильность является одной из основных характеристик, определяющих качество выполнения терморезистора, совершенство технологии его изготовления, и характеризует неизменность всех параметров элемента во времени.