Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Напівпровідникові резистори

Напівпровідникові резистори являють собою широкий клас напівпровідникових приладів, принцип дії яких базується на властивостях напівпровідників змінювати свій опір під дією температури, електромагнітного випромінювання, прикладеної напруги та інших факторів.

До найбільш розповсюджених напівпровідникових резисторів відносяться: терморезистори, фоторезистори, варистори.

При вивченні цих приладів необхідно звернути увагу на дві найбільш суттєві особливості їх роботи:

v Залежність електричних характеристик і параметрів від дії неелектричних зовнішніх факторів (у терморезисторах і фото резисторах);

v Явну не лінійність вольт-амперних характеристики (особливо у терморезисторів і варисторів), яка дозволяє реалізувати за допомогою цих приладів досить своєрідні задачі.

Терморезистори

Терморезистори – прилади, опір яких суттєво змінюється при зміні температури.

Форма, габарити і конструктивнф особливості сучасних терморезисторів досить різноманітні: їх виконують у вигляді дисків, плоских прямокутників, мініатюрних намистинок та ін.

В залежності від типу напівпровідникового матеріалу та габаритів чуттєвого елементу вихідний опір терморезисторів складає від некількох ом до десятків мегом.

Залежність U_T = f (I) являє собою вольт-амперну характеристику терморезистора (рис.1.2.10)з трьома основними ділянками(ОА, АВ, ВС). На початковій ділянці ОА характеристика лінійна, так як при малих струмах потужність, яка виділяється в терморезисторі мала і практично не впливає на його температуру. На ділянці АВ лінійність характеристики порушується. Зі зростанням струму температура терморезистора підвищується, а його опір (внаслідок збільшення кількості електронів і дірок провідності в матеріалі напівпровідника) зменшується, при подальшому збільшенні струму на ділянці ВС зменшення опору стає настільки значним, що зростання струму призводить до зменшення напруги на терморезисторі. Наприкінці ділянки ВС вольт-амперна характеристика все більш наближується до горизонтальної лінії, паралельної осі абсцис. Це і дозволяє використовувати деякі типи терморезисторів для стабілізації напруги.

tº С

а)

tº ∩ І

Рис.1.2.10. Вольт-амперна характеристика терморезистора

б)

Рис.1.2.9. Умовні графічні зображення терморезисторів: а) термістор, б) позистор

Крім вольт амперної характеристики, дуже важливою характеристикою терморезистора є залежність його опору від температури.

v Терморезистор, опір якого із збільшенням температури спадає, називається термістором.

v Терморезистор, опір якого із збільшенням температури зростає, називається позистором.

Типова температурна характеристика термістора показана на рис..

Основні параметри терморезисторів:

номінальний (холодний) опір – опір робочого тіла терморезистора при температурі навколишнього середовища 20ºС, Ом;

температурний коефіцієнт опору α_Т, який відображає в відсотках зміну абсолютної величини опору робочого тіла терморезистора при зміні температури на 1ºС. Зазвичай значення α_Т для будь-якої температури в діапазоні 20-150 ºС визначається із співвідношення

, (1.2.14)

де - коефіцієнт температурної чуттєвості, яка залежить від фізичних властивостей матеріалу, К; Т₁ – вихідна температура робочого тіла; Т₂ – кінцева температура робочого тіла, для якого визначається значення α_Т; R_Т1і R_Т2 - опори робочого тіла терморезистора при температурах відповідно Т₁і Т₂;

Рис. 1.2.11. Температурна характеристика термістора

найбільша потужність розсіювання – потужність, при якій терморезистор, що знаходиться при температурі 20 ºС, розігрівається протікаючим струмом до максимальної робочої температури;

максимальна робоча температура – температура, при якій характеристики терморезистора залишаються стабільними тривалий час (на протязі вказаного строку служби);

постійна часу τ – відношення теплоємності С до коефіцієнта розсіювання b;

теплоємність С – кількість тепла, яке необхідно повідомити терморезистору, щоб підвищити температуру робочого тіла на 1 ºС, Дж/ ºС;

коефіцієнт розсіювання – потужність, яка розсіюється терморезистором при різниці температур робочого тіла і навколишнього середовища в 1 ºС, Вт/град.

v Термістори мають від’ємний температурний коефіцієнт, а позистори – додатний.

Фоторезистори

Фоторезистори – прилади, принцип дії яких базується на фоторезистивному ефекті – зміні опору напівпровідникового матеріалу під дією електромагнітного випромінювання.

Фоторезистори виготовляються на основі сульфіду кадмію, селеніду кадмію, сірчастого свинцю, а також полікристалічних шарів сірчастого та селенистого кадмію. Світло чуттєві елементи зазвичай поміщаються в пластмасовий або металевий корпус, а в окремих випадках, коли потрібні малі габарити, випускаються без корпусу. В коло вони вмикаються послідовно із джерелом напруги і опором навантаження.

Якщо резистор знаходиться в темноті, то через нього протікає темновий струм. При освітленні фото резистора, його опір спадає і через нього тече світловий струм. Різниця між світловим і темновим струмами –фотострум провідності.

Основними характеристиками фото резистора є:

вольт-амперна (характеризує залежність фотоструму при постійному світловому потокові або темнового струму від прикладеної напруги), (рис.1.2.12,а);

світлова (характеризує залежність фотоструму від падаючого світлового потоку постійного спектрального складу), (рис.1.2.12,б);

спектральна (характеризує чуттєвість фото резистора при дії на нього потоку випромінювання постійної потужності визначеної довжини хвилі; визначається матеріалом, який використовується для виготовлення світлочутливого елементу; сірчасто-кадмієві фоторезистори мають високу чуттєвість в видимій області спектру, селенисто-кадмієві – в червоній, а сірчасто-свинцеві – в інфрачервоній), (рис.1.2.12, в);

частотна (характеризує чуттєвість фото резистора при дії на нього світлового потоку, який змінюється з визначеною частотою), (рис.1.2.12,г).

І_ф, мкА І_ф, %

30 80

15 40

0 0

5 10 15 U, В 0,2 1,0 1,8 λ, мкм

а в

І_ф, мкА І_ф, %

1000 80

500 U = const 40

0 0

500 1000 E, лк 4 8 12 f, кГц

б г

Рис. 1.2.12. Характеристики фото резисторів:

а) вольт-амперна; б) світлова (люкс амперна); в) спектральні; г) частотні

Основні параметри фоторезисторів: Робоча напруга U_р, максимально допустима робоча напруга фото резистора U_max, темновий опір R_T, світловий опір R_С, кратність зміни опору К_R, допустима потужність розсіювання, загальний струм фото резистора, фотострум, питома чуттєвість, інтегральна чуттєвість, постійна часу.

Варистори

Варистори – прилади, робота яких базується на ефекті зменшення опору напівпровідникового матеріалу при збільшенні прикладеної напруги.\

Так як вольт-амперна характеристика симетрична, варистор може бути використаний в колах і постійного, і змінного струму. Сучасні варистори використовуються в різноманітних електронних схемах: для захисту приладів і елементів схем від перенапруг; стабілізації напруги і струм; регулювання і перетворення електричних сигналів.

І, мА

U -20 20

U, В

а)

-20

б)

Рис.1.2.13. Умовне графічне зображення варистора (а),

вольт-амперна характеристика (б)

Основні параметри варисторів:

статичний опір ;

динамічний опір ;

коефіцієнт нелінійності , (для сучасних варисторів величина β має значення 2...6 в залежності від типу і номінальної напруги варистора;

показник нелінійності ;

в широкому діапазоні напруг і струмів вираз для вольт-амперної характеристики варистора може бути представлено у вигляді

де А і В –постійні коефіцієнти, пов’язані між собою відношенням

класифікаційна напруга, класифікаційний струм, температурний коефіцієнт струму, допустима потужність розсіювання.

Контрольні питання і вправи

1. Користуючись довідником, розшифруйте позначення і проведіть класифікацію вказаних приладів: СФ2-12, ФСК-П1, СН1-3, ТКП-450, СИ6-4Г, СФ3-8, ММТ-6, СТ3-23, СФ2-8,СТ5-1, Т8С2М, КМТ-4, СФ3-5, ТП6/2.

2. Визначіть, яку потужність буде розсіювати в середовище резистор з опором 1 Ом, під’єднаний до батареї автомобіля з напругою 1 В.

3. Візьмемо схему, яка працює від батареї з напругою 15 В. Доведіть, що незалежно від того, як буде ввімкнений в схему резистор, який має опір більше 1 кОм, потужність на ньому не перевищить ¼ Вт.

4. Струм 1 мА заряджає конденсатор ємністю 1 мкФ. Через який час напруга досягне 10 В?

5. Різниця потенціалів між обкладинками конденсатора ємністю 0,1 мкФ змінилася на 175 В. Визначіть зміну заряду конденсатора.

6. Поясніть фізичну суть температурного коефіцієнта опору терморезистора.

7. Визначіть коефіцієнт температурної чуттєвості терморезистора, якщо Т₁ =290 К, Т₂ = 310 К, R_T₁ = 1 кОм, R_T₂ = 200 Ом.

8. Вкажіть основні особливості позистора.

9. Випишіть із довідника основні технічні параметри фото резисторів типу СФ2-1, сф2-12, сф3-8.

10. Розкажіть про застосування варисторів в електронних схемах.

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒