Лекция 10 полупроводниковые резисторы

                                  1. Варисторы.

  Варисторами называются полупроводниковые резисторы, обладающие нелинейными свойствами.

  Основным материалом для создания варисторов служит порошок карбида кремния SiC с каким-либо связующим веществом. Нелинейность сопротивления объясняется главным образом нагревом микроконтактов между зёрнами SiC. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) варистора и его изображение на схемах приведена на рис. 4.1. Внешне варисторы оформляются в виде стержней или дисков.

              Важнейшими параметрами варистора являются:

- коэффициент нелинейности β – это отношение сопротивления постоян-ному току к сопротивлению переменному току.

                                   β =  =                                              (4.1)

Обычно составляет 3 – 6.

- максимально допустимое напряжение (обычно составляет десятки В – единицы кВ).

- номинальная мощность рассеивания (1 – 3 Вт).

- температурный коэффициент сопротивления составляет в среднем     минус 5

- предельная рабочая температура составляет 60  ÷ 70°С.

 

                                                             Рис. 4.1.      ВАХ варистора и его изображение на схемах.

  Варисторы используются при постоянном и переменном токе частотой до нескольких кГц. Применяются варисторы для защиты от перенапряжений, в стабилизаторах и ограничителях напряжения, в схемах автоматики.

                            2. Терморезисторы.

   Терморезистор – это полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры.

  Терморезисторы называют термосопротивлениями или термисторами. Чаще всего термисторы делают из оксидов металлов. Их оформляют в виде стержней, пластин, дисков, шайб и бусинок. Термисторы имеют, как правило, отрицательный температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Выпускаются термисторы, имеющие в некотором, сравнительно узком интервале температур положительный ТКС и называются они позисторами.

  На рис. 4.2 (слева) показана кривая зависимости сопротивления термистора с отрицательным ТКС от температуры и его изображение на схемах.

  Вольт-амперная характеристика термистора с отрицательным ТКС показана на рис. 4.2 (справа) при различных условиях теплоотвода. Кривая 1 соответствует наилучшему теплоотводу, а кривая 2 – наихудшему.

    На рис. 3.3 показана кривая зависимости сопротивления термистора с положительным ТКС от температуры.

   Конструкция позистора показана на рис. 4.4.

                 Важнейшие параметры терморезистора:

 - номинальное сопротивление (от нескольких  Ом до нескольких кОм с допуском  5, 10 и 20 ).

- температурный коэффициент сопротивления составляет обычно минус (0,8 ) .

- для некоторой определённой температуры (например, +20°С) указывается сопротивление постоянному и переменному току.

При эксплуатации надо учитывать максимально допустимую температуру и максимально допустимую рассеиваемую мощность.

     Термисторы применяются в качестве  датчиков температуры и нелинейных резисторов в устройствах автоматики. Специальные малогабаритные сдвоенные терморезисторы, называемые болометрами, применяются для измерения лучистой энергии. Некоторые терморезисторы выпускаются с косвенным подогревом, т.е. имеют подогреватель в виде проволочки, через которую пропускают ток.

 

                   

              Рис. 4.2. Характеристики и обозначение термистора.

                

  Рис. 4.3. Характеристика термистора с положительным ТКС, при нагревании за счёт подводимой мощности (1) и за счёт изменения температуры окружающей среды (2). 

                                                          

   Рис. 4.4. Устройство позистора: 1- термоэлемент; 2- контакт; 3- вывод; 4-защитный компаунд.  

     

                        3. Фоторезисторы.

  Фоторезистор – это полупроводниковый резистор, действие которого основано на фоторезистивном эффекте.

Принцип  устройства фоторезистора поясняется рис. 4.5. а. На диэлек-трическую пластинку 2 нанесён тонкий слой полупроводника 1 с кон-тактами 3 по краям. Схема включения фоторезистора приведена на рис.4.5. б. Полярность источника питания роли не играет.

Если облучения нет, то фоторезистор имеет некоторое большое сопротивление , называемое темновым. Оно является одним из пара-метров фоторезистора и составляет  ÷  Ом. Соответственно ток через фоторезистор называют темновым током. При действии излучения с достаточной энергией фотонов на фоторезистор в нём про-исходит генерация пар подвижных носителей зарядов (электронов и дырок) и его сопротивление уменьшается.

      Для фоторезисторов применяют различные полупроводники, имеющие нужные свойства. Сернистый свинец наиболее чувствителен к инфракрасному, а сернистый кадмий – к видимому излучению.

  Фоторезисторы имеют линейную ВАХ (рис. 4.6.) и нелинейную энергетическую характеристику (рис. 4.7.).

                     

   Рис. 4.5. Устройство фоторезистора (а) и схема включения (б).   

 

            Важнейшие параметры фоторезистора:

- удельная чувствительность, т.е. интегральная чувствительность отнесён-

ная к 1В приложенного напряжения:

                                   =                                                             (4.2)

где Ф – световой поток (Лм).

Обычно составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч микро-ампер на вольт-люмен.

- максимальное допустимое рабочее напряжение (до 600 В).

- кратность изменения сопротивления (до 500).

- температурный коэффициент фототока определяется по формуле (4.3) и имеет значение от до

                                  ТКФ =                                                      (4.3)

                                

                                   

      Рис. 4.6. Вольт-амперная характеристика фоторезистора.

 

                     

             Рис. 4.7. Энергетическая характеристика фоторезистора.

 

Значительная зависимость сопротивления от температуры характерная для полупроводников является недостатком фоторезисторов. Не-достатком также является большая инерционность, объясняемая большим временем рекомбинации электронов и дырок после прекращения облучения. Практически фоторезисторы применяются на частотах не выше нескольких сотен Гц или нескольких кГц. Фоторезисторы применяют в схемах автоматики.