ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ГОУ ВПО ИГУ)

РЕФЕРАТ

ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ, ВАРИСТОРЫ (ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ)

Иркутск 2008

1.Терморезисторы…….……………………………………………...………. 4

1.1. Принцип действия………………………………………...……... 4

1.2. Основные характеристики и параметры...…………………….... 6

1.3. Применение и основные схемы включения……….……...…….. 11

2. Варисторы…………………………………………………………………. 13

2.1. Принцип действия………………………………………...……... 13

2.2. Основные характеристики и параметры...……………............... 17

2.3. Применение и основные схемы включения................................. 21

3. Задание….............................................…………………………………… 22

4. Эксперимент................................................................................................ 23

Список литературы…………………...........………………………………. 26

Введение
Резисторы (сопротивления) – это наиболее распространенные компоненты электронной аппаратуры, с помощью которых осуществляется регулирование и распределение электрической энергии между цепями и элементами схем.

На практике, кроме линейных резисторов, иногда встречаются термозависимые (терморезисторы) и нелинейные (варисторы) резисторы. Нелинейные свойства подобных резисторов позволяют применять их в стабилизаторах и ограничителях напряжения, для формирования импульсов, для измерения температуры. В связи с тем, что многим современным электрическим приборам требуется параметрическая термостабилизация, защита от импульсных воздействий напряжения, наиболее удобными (из–за размеров, количества элементов) являются варисторы и терморезисторы.

1.Терморезисторы
Терморезистор – резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления от температуры.

Рис.1. Обозначение на схемах
^ 1.1. Принцип действия
Т

ерморезисторы выполняют или из металла, сопротивление которого линейно меняется при изменении температуры (медь, платина), или на основе полупроводников. Наиболее подходящим и распространенным материалом для изготовления терморезисторов являются полупроводники, обладающие более высоким температурным коэффициентом сопротивления.
Рис.2. Основная классификация терморезисторов
Различают два типа терморезисторов: термистор, сопротивление которого падает с ростом температуры, и позистор, у которого сопротивление с повышением температуры возрастает (рис.2).

В термисторах прямого подогрева сопротивление изменяется или под влиянием теплоты, выделяющейся в них при прохождении электрического тока, или в результате изменения температуры термистора вследствие изменения его теплового облучения (например, при изменении температуры окружающей среды).

Термисторы же косвенного подогрева имеют дополнительный источник теплоты - подогреватель. Конструктивное исполнение может быть различным. Часто подогреватель делают в виде обмотки на изоляционной трубке, внутри которой расположен термистор. В других случаях сам термистор сделан в виде трубки, внутри которой проходит нить подогрева. Нужно отметить, что общим для термисторов косвенного подогрева всех возможных конструкций является то, что у них есть две электрически изолированные друг от друга цепи: управляющая и управляемая.

Нужно отметить, что термисторы изготовляются как из монокристаллов ковалентных полупроводников, так и методом керамического обжига заготовок (оксидные полупроводники) при высоких температурах.

Позистор – это терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления. В массовом производстве позисторы делают на основе керамики из титаната бария.

У термисторов уменьшение сопротивления полупроводника с увеличением температуры (отрицательный температурный коэффициент сопротивления) может быть вызвано различными причинами – увеличением концентрации носителей заряда, увеличением интенсивности обмена электронами между ионами с переменной валентностью или фазовыми превращениями полупроводникового материала.

В диапазонах температур, где полупроводники обладают отрицательным коэффициентом сопротивления, зависимость сопротивления от температуры соответствует уравнению

, (1.1)

Где B – коэффициент температурной чувствительности (определяет физические свойства материала), - коэффициент, зависящий от материала и размеров термистора. Для позисторов действует та же формула. Различают терморезисторы низкотемпературные (рассчитанные на работу при температурах ниже 170 К), среднетемпературные (170-510 К) и высокотемпературные (выше 570 К). Кроме того, существуют терморезисторы, предназначенные для работы при 4.2 К и ниже и при 900-1300 К. Наиболее, широко используются среднетемпературные терморезисторы с ТКС от - 2,4 до -8,4 % К -1 и с номинальным сопротивлением 1 -10 6 Ом.

Основная часть терморезисторов, выпускаемых промышленностью, изготовлена из оксидных полупроводников – оксидов металлов переходной группы таблицы Д.И. Менделеева (от титана до цинка). Терморезистор изготовляют в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок.

Принцип действия терморезисторов, в зависимости от назначения, подробнее будет рассмотрен в подразделе 1.3.
^ 1.2. Основные характеристики и параметры
Рассмотрим основные параметры термисторов.

Температурная характеристика термистора – совпадает с температурной зависимостью сопротивления полупроводника, из которого изготовлен терморезистор. Пример температурной характеристики приведен на рис.3.

Рис.3. Температурная характеристика термистора
Номинальное сопротивление термистора – это его сопротивление при определенной температуре (обычно при
). Термисторы выпускают с допустимым отклонением от номинального сопротивления
и 5%. Номинальное сопротивление различных типов термисторов имеют значения от нескольких Ом до нескольких кОм.

^ Коэффициент температурной чувствительности – коэффициент в показателе экспоненты температурной характеристики термистора (1.1).Значение для данного термистора, зависящее от свойств материала, практически постоянно в рабочем диапазоне температур и лежит в пределах от 700 до 15000 К. Он может быть найден экспериментально, путем измерения сопротивлений термистора при температурах и по формуле:

. (1.2)

(ТКС) – величина, определяемая отношением относительного изменения сопротивления к изменению температуры:

(1.3)

(из соотношения (1.1)). в десятки раз больше, чем у металлических.

Коэффициент рассеяния термистора H численно равен мощности, которую надо выделить в термисторе, чтобы нагреть его на 1 К.

^ Статическая вольт – амперная характеристика – это зависимость падения напряжения на термисторе от проходящего через него тока в условиях теплового равновесия между термистором и окружающей средой (рис. 4).

Рис.4. Статические вольт – амперные характеристики термисторов прямого подогрева (сплошные линии) и гиперболы равной мощности

Она имеет ярко выраженный нелинейный характер, т.к. при протекании тока выделяется определенная мощность, что изменяет температуру термистора и, следовательно, его сопротивление. Для каждой точки статической вольт – амперной характеристики можно записать уравнение энергетического баланса:, где H – коэффициент рассеяния, учитывающий распространение теплоты от рабочего тела в окружающую среду за счет конвекции, теплопроводности, излучения; и - температура терморезистора и окружающей среды. Если учесть уравнение (1.1), то из уравнения энергетического баланса можно получить уравнения ВАХ в параметрическом виде:

, (1.4)

Вид статической ВАХ термистора определяется коэффициентом рассеяния H, коэффициентом температурной чувствительности B, номинальным сопротивлением термистора и температурой окружающей среды. При уменьшении коэффициента рассеяния H (например, при уменьшении давления, окружающего термистор) происходит более интенсивный разогрев термистора и, следовательно, те же температуры достигаются при меньших мощностях тока, т.е. статическая ВАХ смещается вниз. При увеличении температуры окружающей среды уменьшается сопротивление термистора, снижается максимум статической ВАХ и уменьшается ее крутизна. Такую зависимость используют в системах автоматического контроля и регулирования температуры. Увеличение коэффициента температурной чувствительности B приводит к смещению максимума статической ВАХ в сторону меньших мощностей, а крутизна падающего участка возрастает.

^ Максимально допустимая температура термистора – температура, при которой еще не происходит необратимых изменений параметров и характеристик термистора. Она определяется конструктивными особенностями и свойствами материала.

^ Максимально допустимая мощность рассеяния – это мощность, при которой термистор, находящийся в спокойном воздухе при С, разогревается при прохождении тока до максимально допустимой температуры.

^ Коэффициент энергетической чувствительности G численно равен мощности, которую необходимо подвести к термистору для уменьшения его сопротивления на 1%.. Он связан с температурным коэффициентом сопротивления и коэффициентом рассеяния термистора соотношением
. Значение G различно в каждой точке ВАХ.

^ Постоянная времени термистора – это время, в течение которого температура термистора уменьшится на 63% (в e раз) по отношению к разности термистора и окружающей среды. Тепловая инерционность, характеризуемая постоянной времени, определяется конструкцией и размерами термистора и зависит от теплопроводности среды, в которой находится термистор. лежит в пределах от 0.5 до 140 с.

При ознакомлении с термисторами косвенного подогрева, кроме номинального сопротивления и температурной чувствительности, существуют и специфические характеристики и параметры.

Рис.5. Статический вольт – амперные характеристики
^ термисторов косвенного подогрева приводят для различных токов через подогреватель (рис.5).

Подогревная характеристика – зависимость сопротивления термистора от мощности, выделяемой в спирали подогревной обмотки (рис.6).

Рис.6. Подогревная характеристика термистора косвенного подогрева
Для получения наибольшей чувствительности термистора косвенного подогрева (наибольшего изменения сопротивления) его следует использовать в режимах, при которых мощностью, выделяемой на самом термочувствительном элементе проходящим через него током, можно было бы пренебречь.

^ Коэффициент тепловой связи K – отношение мощности , необходимой для разогрева термочувствительного элемента до некоторой температуры при прямом нагреве, к мощности
, необходимой для разогрева до этой же температуры при косвенном подогреве.
. Обычно
.

^ Постоянные времени . Тепловая инерционность термисторов косвенного подогрева характеризуется двумя постоянными времени. За первую постоянную времени принимают время, в течение которого температура термочувствительного элемента изменяется в е раз по отношению к установившемуся значению при мгновенном изменении мощности в цепи подогревателя (тепловая инерционность всей конструкции термистора косвенного подогрева). Вторая постоянная времени характеризует задержку в изменении температуры термочувствительного элемента по отношению к изменению температуры подогревателя (тепловая инерционность термочувствительного элемента).

По аналогии с термисторами, можно оценивать свойства позисторов теми же самыми характеристиками и параметрами.

^ Температурная характеристика . Зависимость сопротивления позисторов от температуры показана на рис.7. При относительно алых и больших температурах у позисторов температурный коэффициент сопротивления отрицателен.

Рис.7. Температурные характеристики различных позисторов
^ Температурный коэффициент сопротивления для позистора является не очень удобным параметром, т.к. его значение сильно зависит от температуры.

^ Статические вольт – амперные характеристики позистора (рис.8) так же, как и ВАХ термистора, представляет собой зависимость напряжения на позисторе от проходящего через него тока при условии теплового равновесия между теплотой, выделяемой позистором, и теплотой, отводимой от него.

Рис.8. Статическая ВАХ позистора
^ 1.3. Применение и основные схемы включения
Режим работы терморезисторов зависит от того, на каком участке статической ВАХ выбрана рабочая точка. Терморезисторы с рабочей точкой на начальном (линейном) участке ВАХ используются для измерения и контроля температуры и компенсации температурных изменений параметров электрической цепей и электронных приборов. Терморезисторы с рабочей точкой на нисходящем участке ВАХ (с отрицательным сопротивлением) применяются в качестве пусковых реле, реле времени, измерителей мощности электромагнитного излучения на СВЧ, стабилизаторов, температуры и напряжения. Режим работы терморезистора, при котором рабочая точка находится также на ниспадающем участке ВАХ (при этом используется зависимость сопротивления терморезистора от температуры и теплопроводности окружающей среды), характерен для терморезисторов, применяемых в системах теплового контроля и пожарной сигнализации, регулирования уровня жидких и сыпучих сред; действие таких терморезисторов основано на возникновении релейного эффекта в цепи с терморезистором при изменении температуры окружающей среды или условий теплообмена терморезистора со средой. Терморезистор с косвенным подогревом используется в качестве переменного резистора, управляемого электрически на расстоянии.

Позисторы используются, например, для температурной стабилизации электронных устройств на транзисторах.

Рис.9. Схема включения терморезисторов
В тех случаях, когда терморезисторы используют в качестве датчика, они могут работать в следующих двух режимах:

1. 
   когда температура терморезистора прак-тически определяется только температурой окружающей среды (ток, проходящий через терморезистор, имеет очень малую величину);
2. 
   когда терморезистор нагревается прохо-дящим по нему током, а температура терморе-зистора определяется изменяющимися условиями теплоотдачи, что связано с температу-рой окружающей среды.

В первом случае терморезистор ис-пользуется в качестве датчика температуры, который получил название термометра сопро-тивления. Термометры сопротивления широко применяются для измерения температуры жидких и газообразных сред в трубопроводах, резервуарах и помещениях. В авиации они применяются для измерения температуры во-ды, масла, окружающего воздуха и др. Наи-большее распространение получили платино-вые и медные термо-метры сопротивления.

Во втором случае терморезисторы обычно применяются в качестве датчиков для измерения различных неэлектрических ве-личин, тем или иным способом изменяющих отвод тепла от терморезистора. На этом принципе построены различные датчики, изме-ряющие скорость потока газа, вакуума и др.

2. Варисторы
Варистор – полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, т. е. обладающий нелинейной симметричной вольт – амперной характеристикой.

Рис.10. Обозначение варистора на схемах
^ 2.1. Принцип действия
Основной материал для изготовления варисторов - полупроводниковый карбид кремния SiC. Кристаллы SiC размалывают до размера 40-300 мкм, и этот порошок используют в качестве основы варистора. Электропроводность порошка имеет нелинейный характер, однако она нестабильна, зависит от степени сжатия, крупности помола, меняется при тряске и т. п., поэтому порошок скрепляют связующим веществом. Порошкообразный карбид кремния и связующее вещество запрессовывают в форму и спекают. Если в качестве связующего вещества используют глину, то полученный материал называют тирит. Для изготовления тирита смесь 74% мелкоизмельченного карбида кремния и глины прессуется и обжигается при температуре 1270°С. Если используют жидкое стекло (75% SiO2 + 24% Na2O + вода, то есть силикатный клей), то полученный материал, состоящий из 84% SiC и 16% связующего, называют вилит. Смесь для изготовления вилита прессуется и обжигается при температуре 380°С. При использовании в качестве связующего вещества ультрафарфоровой связки получают лэтин, а прессованный углерод с кристаллическим кремнием называется силит.

После этого поверхность полученного элемента металлизируют и припаивают к ней выводы. Варисторы на основе карбида кремния имеют невысокий коэффициент нелинейности, порядка 5-7, поэтому в настоящее время для изготовления варисторов применяется оксид цинка с добавками оксидов висмута, кобальта, марганца, сурьмы и хрома. Технология его приготовления сложна, она включает раздельный размол компонентов, смешение со связкой, прессование, спекание с выжиганием связки, размол, вторичное спекание, вжигание электродов. В результате получается высококачественная керамика с высокой нелинейностью, величина которой составляет 50-70. Нелинейность варисторов на основе оксидных полупроводников связана не со свойствами кристаллитов (мелкие монокристаллы, не имеющие ясно выраженной огранки), а со свойствами межкристаллитных прослоек и потенциальных барьеров на поверхности кристаллитов. Однако варисторы на основе оксида цинка менее стабильны при работе и хранении, в них относительно легче получить большую нелинейность ВАХ, чем в варисторах из карбида кремния. Конструктивное оформление варисторов может быть различным в зависимости от назначения и необходимых параметров – диски, таблетки, стержни, бусинковые или пленочные.

Нелинейность ВАХ варисторов обусловлена явлениями на точечных контактах между кристаллами карбида кремния.

Рис.11. ВАХ варисторов: синие - на основе ZnO, красные - на основе SiC.
При малых напряжениях на варисторе может происходить туннелирование электронов через тонкие потенциальные барьеры, существующие на поверхности кристаллов (SiO). При больших напряжениях на варисторе и, соответственно, при больших токах, проходящих через него, плотность тока в точечных контактах становится большой. Все напряжение, проложенное к варистору, падает на точечных контактах. Поэтому удельная мощность (мощность в единице объема), выделяющаяся в точечных контактах, достигает таких значений, которые нельзя не учитывать. Разогрев точечных контактов приводит к уменьшению их сопротивления и к нелинейности ВАХ.

Сопротивление точечных контактов определяется сопротивлением растекания, т.е. сопротивлением малых активных областей полупроводника под точечными контактами. Из-за малости активных областей их разогрев практически не приводит к повышению температуры всего варистора. Кроме того, малые объемы активных областей обеспечивают малую инерционность тепловых процессов – разогрева и охлаждения этих областей (
с). Сопротивление растекания двух контактирующих кристаллов запишется в виде:
где - удельная проводимость полупроводника, d – диаметр точечного контакта, B - коэффициент температурной чувствительности поверхностных слоев кристаллов. Статическое сопротивление варистора, состоящего из a параллельно включенных цепочек, имеющих в свою очередь, b последовательно включенных контактирующих кристаллов можно записать в виде

. (2.1)

Для активных областей варистора можно записать уравнение теплового баланса:

, (2.2)

Где H – коэффициент рассеяния активных областей, T – температура активных областей,
- температура окружающей среды. Из уравнения (2.2), учитывая (2.1) можно получить уравнения ВАХ варисторов в параметрической форме:

(2.3)

Уравнения (2.3) неудобны для расчета цепей с варисторами, т.к. содержат ряд величин (a, b, d, H), значения которых практически невозможно определить непосредственно.

Теперь можно описать принцип действия варисторов. Варистор включается параллельно защищаемому оборудованию, последовательно с внутренним сопротивлением источника помех (имеется в виду сопротивление линии передачи данных с учетом омического импеданса кабеля), т.е. при нормальной эксплуатации он находится под действием рабочего напряжения защищаемого устройства. При отсутствии перенапряжения ток, проходящий через варистор, очень мал. В рабочем режиме (при отсутствии импульсных напряжений) ток через варистор пренебрежимо мал, и поэтому варистор в этих условиях представляет собой изолятор.

Рис.12. Защита схемы с помощью варистора
При возникновении импульса напряжения варистор в силу нелинейности своей характеристики резко уменьшает свое сопротивление до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее, и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. В этом случае через варистор кратковременно может протекать ток, достигающий нескольких тысяч ампер. Так как варистор практически безынерционен, то после гашения импульса напряжения он вновь приобретает очень большое сопротивление.

Рис.13. Напряжение на нагрузке при коммутации в сети 0,4 кВ
Таким образом, включение варистора параллельно электрооборудованию не влияет на его работу в нормальных условиях, но "срезает" импульсы опасного напряжения, что полностью обеспечивает сохранность даже ослабленной изоляции. Варистор в состоянии покоя имеет высокое сопротивление (несколько МОм) по отношению к защищаемому прибору и не изменяет характеристику электрической цепи. При превышении напряжения варистор имеет низкое сопротивление (всего несколько Ом) и фактически шунтирует прибор, т.е. устройство Е защищено.
^ 2.2. Основные характеристики и параметры
Классификационное напряжение , В - напряжение при определённом токе (обычно изготовители указывают при 1 мА), практической ценности не представляет.

^ Рабочее напряжение , В (для пост. тока и для переменного) - диапазон - от нескольких В до нескольких десятков кВ; данное напряжение должно быть превышено только при перенапряжениях.

^ Рабочий ток , А - диапазон - от 0,1 мА до 1 А

Максимальный импульсный ток , А

Поглощаемая энергия , Дж

Максимальное напряжение ограничения - это максимальное напряжение между выводами варистора в течение длительности импульса тока (8/20 μсек – предполагается, что это грозовой импульс)

^ Допускаемая мощность рассеивания - характеризует возможность рассеивать поглощаемую электрическую энергию в виде тепла. Этот показатель в основном определяется геометрическими размерами варистора и конструкцией выводов. Для увеличения мощности рассеивания часто применяют массивные выводы, которые играют роль своеобразного радиатора.

Ток перегрузки - м аксимальный пиковый ток варистора при изменении напряжения варистора на 10% при стандартном импульсе тока (8/20 μсек) приложенный один или два раза с интервалом 5 мин.

^ Средняя рассеиваемая мощность - средняя мощность рассеяния при заданной температуре окружающей среды.

Емкость - опорная величина, измеряемая при заданной частоте. Варисторы имеют достаточно большую емкость, определенным образом зависящую от приложенного напряжения.

Рис.14. Типичные вольт-фарадные характеристики варистора
Как видно из приведенного рисунка, варистор имеет определенную емкость в рабочем режиме (когда нет импульсов напряжения), а при воздействии импульса напряжения емкость варистора практически равна нулю

Информацию о напряжении на варисторе в области больших токов изготовители приводят в технических условиях. Иногда это напряжение называют остающимся напряжением. При этом обязательно указывают длительность (форму) и амплитуду импульса тока, при воздействии которого на варистор эти измерения произведены. Остающееся напряжение при различных амплитудах тока импульса можно измерить на специальных импульсных установках.

^ Оценка срока службы варистора - определяется как максимально допустимое количество импульсов, прикладываемых к варистору. Для определения используются импульсы стандартной длительности - 8/20 микросекунд (или 10/1000).

^ Коэффициент нелинейности варистора – это отношение статического R и дифференциального r сопротивлений при заданном постоянном напряжении на варисторе:

. (2.4)

При учете соотношений (2.3), найдем дифференциальное сопротивление варистора:

Тогда с учетом соотношений (2.4) и (2.5) коэффициент нелинейности варистора

(2.6)

Коэффициент нелинейности лежит в пределах 2-10 у варисторов на основе SiC и 20-100 у варисторов на основе ZnO. Экспериментально коэффициент нелинейности можно оценить по формуле

Чаще всего коэффициент нелинейности определяется при токе 1 мА и 10 мА, при этом формула (3) приобретает вид

Вольт – амперная характеристика , как было отмечено, должна соответствовать уравнениям (2.3). Важно отметить, что вольт – амперная характеристика варистора – симметрична. Если же схема работает в узком диапазоне изменений напряжений и токов, то коэффициент нелинейности в этом диапазоне можно считать постоянным. Тогда

И ВАХ варистора будет иметь вид:

. (2.7)

Иногда ВАХ варисторов аппроксимируют уравнением:

, (2.8)

Где
и
.

Используя уравнения (2.7) и (2.8), можно определить зависимость сопротивления от тока и напряжения:

, (2.9)

(2.10)

Температурные коэффициенты статического сопротивления, напряжения и тока (TKR , или; TKU , или , TKI , или ) . В связи с нелинейностью ВАХ следует различать температурные коэффициенты статического сопротивления варистора, измеренные при постоянных напряжении или токе, а также температурные коэффициенты напряжения и тока. Из уравнений (2.7) – (2.10), с учетом температурного изменения коэффициентов A и , получим:

, (2.13)

, (2.14)

При малых напряжениях на варисторах, когда коэффициент нелинейности
, т.е. на линейном участке ВАХ

, (2.15)

Используя уравнения (2.11) – (2.14), определим соотношения между различными температурными коэффициентами варистора:

,
.

У отечественных варисторов, в диапазоне температур от -40 до

Частотные свойства варисторов могут определяться либо инерционностью процессов, приводящих к нелинейности ВАХ, либо собственной емкостью варистора. Инерционность разогрева и охлаждения активных областей под точечными контактами между кристаллами очень мала. Поэтому частотные свойства варисторов определяются временем перезаряда их собственной емкости.

В некоторых случаях указывают коэффициент защиты варистора - это отношение напряжения на варисторе при токе 100А к напряжению при токе 1мА (т.е. к классификационному напряжению). Этот коэффициент для варисторов на основе оксида цинка находится в пределах 1.4 - 1.6, и он характеризует способность варистора ограничивать импульсы перенапряжения. Другими словами - при росте напряжения в 1,4- 1,6 раза ток возрастает в 100 000 раз (!).

^ 2.3. Применение и основные схемы включения
Низковольтные варисторы изготавливают на рабочее напряжение от 3 до 200 В и ток от 0,1 мА до 1 А; высоковольтные варисторы - на рабочее напряжение до 20 кВ.

Варисторы применяются для стабилизации и регулирования низкочастотных токов и напряжений, в аналоговых вычислителях - для возведения в степень, извлечения корней и других математических действий, в цепях защиты от перенапряжений (например, высоковольтные линии передачи, линии связи, электрические приборы) и др.

Высоковольтные варисторы применяются для изготовления ограничителей перенапряжения.

Как электронные компоненты, варисторы дёшевы и надёжны, способны выдерживать значительные электрические перегрузки, могут работать на высокой частоте (до 500 кГц). Среди недостатков - значительный низкочастотный шум и старение - изменение параметров со временем и при колебаниях температуры. В последние 5 лет появились на рынке так называемые "нестарящиеся" варисторы, имеющие по ряду параметров улучшение электрических свойств во времени под напряжением промышленной частоты. Важно отметить, что варисторы, как элементы защиты устанавливают параллельно защищаемому прибору (схеме).

^ 3. Лабораторное задание

4. Эксперимент
Описание экспериментальной установки для выполнения заданий 1-3.

Эксперимент проводится на установке аналогичной изображенной на рис.15. Терморезистор помещается в термостат, температура внутри которого измеряется термометром или термопарой. Сопротивление резистора измеряется омметром.

Рис.15. Экспериментальная установка
Снятие вольтамперных характеристик выполняется по схеме, приведенной на рис. 15. Измерительная цепь питается от источника постоянного регулируемого напряжения ИП с вольтметром V. Ток через терморезистор измеряется миллиамперметром.

Описание экспериментальной установки для выполнения заданий 4-6.

4. Вольтамперные характеристики варистора снимаются по схеме рис. 15. Снять вольтамперной характеристики варистора на постоянном токе. Подать питание на измерительную схему рис. 15. Изменяя входное напряжение от 0 до 60 В, замерить и записать значения тока через варистор.

Варисторы широко применяются в технике для защиты от перенапряжений (искрогасители), в стабилизаторах и ограничителях напряжения, в преобразователях сигнала (умножители частоты). В данной работе исследуется мостовой стабилизатор напряжения на варисторах (рис. 16).

Рис.16. Мостовой стабилизатор
Напряжение на выходе стабилизатора равно разности напряжений на варисторе (U) и на линейном резисторе (UR): Uвых = U - UR. С ростом входного напряжения Uвх растет ток в элементах моста. Выходное напряжение, как видно из рис.17а, вначале увеличивается, затем падает до нуля и после изменения знака снова растет по абсолютной величине.

Рис.17. Характеристики стабилизатора
Внешняя характеристика стабилизатора Uвых(Uвх) в режиме холостого хода приведена на рис. 17б.

Выходное напряжение остается приблизительно постоянным при изменении входного напряжения от Uвх1до Uвх2, когда величина дифференциального сопротивления варистора равна или близка к величине сопротивления линейного резистора. Количественной оценкой стабилизации напряжения является коэффициент стабилизации

(4.1)

При синусоидальном входном напряжении мост стабилизирует действующее значение выходного напряжения. Последнее содержит третью гармонику, удельный вес которой возрастает с ростом амплитуды входного напряжения.

При исследовании стабилизирующих свойств варисторов будет использоваться схема, приведенная на рис.17.

Рис.17. Схема мостового стабилизатора на варисторах
5. Исследование моста на постоянном токе.

Отключить осциллограф рубильником К. Переключатель П2 установить в положение «1». Подключить к схеме источник постоянного напряжения и регулируя его напряжение, установить по цифровому вольтметру V напряжение Uвх на входе стабилизатора 10 В. Установить переключатель П2 в положение «2» и измерить напряжение Uвых на выходе стабилизатора. Провести аналогичные измерения при увеличении входного напряжения до 80 В (через 10 В. Коэффициент стабилизации рассчитывается по формуле (4.1).

6. Исследование моста на переменном токе.

Включить осциллограф и подключить его к исследуемой цепи, замкнув рубильник К. Переключить клеммы и переключатель рода работы цифрового вольтметра в режим измерения переменного напряжения. Подать на вход схемы переменное напряжение от задающего генератора ЗГ и провести измерения, аналогичные измерениям на постоянном токе.

Список литературы

1. 
   Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. СПб.: Лань. – 2006. – 479 с.
2. 
   Трегубов С.В., Пантелеев В.А., Фрезе О.Г. Общие принципы выбора варистора для защиты от импульсных./ http://www.proton-impuls.ru/stati/opvv.htm
3. 
   Практикум по полупроводникам и полупроводниковым приборам. Под ред. Шалимовой К.В. М.: Высшая школа. - 1968. - 464 с.
4. 
   Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. М.: Высшая школа. – 1991. - 622 с.
5. 
   Герасимов В.Г, Князьков О.М., Краснопольский А.Е., Сухоруков В.В. Основы промышленной электроники. М.: Высшая школа. – 1986. - 366 с.

Термодатчик относится к числу наиболее часто используемых устройств. Его основное предназначение заключается в том, чтобы воспринимать температуру и преобразовывать ее в сигнал. Существует много разных типов датчиков. Наиболее распространенными из них являются термопара и терморезистор.

Виды

Обнаружение и измерение температуры – очень важная деятельность, имеет множество применений: от простого домохозяйства до промышленного. Термодатчик – это устройство, которое собирает данные о температуре и отображает их в понятном для человека формате. Рынок температурного зондирования демонстрирует непрерывный рост из-за его потребности в исследованиях и разработках в полупроводниковой и химической промышленностях.

Термодатчики в основном бывают двух типов:

• Контактные. Это термопары, заполненные системные термометры, термодатчики и биметаллические термометры;
• Бесконтактные датчики. Это инфракрасные устройства, имеют широкие возможности в секторе обороны из-за их способности обнаруживать тепловую мощность излучения оптических и инфракрасных лучей, излучаемых жидкостями и газами.

Термопара (биметаллическое устройство) состоит из двух разных видов проводов (или даже скрученных) вместе. Принцип действия термопары основан на том, что скорости, с которыми расширяются два металла, между собой отличаются. Один металл расширяется больше, чем другой, и начинает изгибаться вокруг металла, который не расширяется.

Терморезистор – это своего рода резистор, сопротивление которого определяется его температурой. Последний обычно используют до 100 ° C, тогда как термопара предназначена для более высоких температур и не так точна. Схемы с использованием термопар обеспечивают милливольтные выходы, в то время как термисторные схемы – высокое выходное напряжение.

Важно! Основное достоинство терморезисторов заключается в том, что они дешевле термопар. Их можно купить буквально за гроши, и они просты в использовании.

Принцип действия

Терморезисторы обычно чувствительны и имеют разное термосопротивление. В ненагретом проводнике атомы, составляющие материал, имеют тенденцию располагаться в правильном порядке, образуя длинные ряды. При нагревании полупроводника увеличивается количество активных носителей заряда. Чем больше доступных носителей заряда, тем большей проводимостью обладает материал.

Кривая сопротивления и температуры всегда показывает нелинейную характеристику. Терморезистор лучше всего работает в температурном диапазоне от -90 до 130 градусов по Цельсию.

Важно! Принцип работы терморезистора основан на базовой корреляции между металлами и температурой. Они изготавливаются из полупроводниковых соединений, таких как сульфиды, оксиды, силикаты, никель, марганец, железо, медь и т. д., могут ощущать даже небольшое температурное изменение.

Электрон, подталкиваемый приложенным электрическим полем, может перемещаться на относительно большие расстояния до столкновения с атомом. Столкновение замедляет его перемещение, поэтому электрическое «сопротивление» будет снижаться. При более высокой температуре атомы больше смещаются, и когда конкретный атом несколько отклоняется от своего обычного «припаркованного» положения, он, скорее всего, столкнется с проходящим электроном. Это «замедление» проявляется в виде увеличения электрического сопротивления.

Для информации. Когда материал охлаждается, электроны оседают на самые низкие валентные оболочки, становятся невозбужденными и, соответственно, меньше двигаются. При этом сопротивление движению электронов от одного потенциала к другому падает. По мере увеличения температуры металла сопротивление металла потоку электронов увеличивается.

Особенности конструкций

По своей природе терморезисторы являются аналоговыми и делятся на два вида:

• металлические (позисторы),
• полупроводниковые (термисторы).

Позисторы

Материалом для терморезисторов можно использовать далеко не любые проводники тока, так как к этим устройствам предъявляются некоторые требования. Материал для их изготовления должен обладать высоким ТКС.

Для таких требований подходят медь и платина, не считая их высокой стоимости. Практически широко применяются медные образцы терморезисторов ТСМ, у которых линейность зависимости сопротивления от температуры намного выше. Их недостатком является малое удельное сопротивление, быстрая окисляемость. В связи с этим термосопротивления на основе меди имеют ограниченное применение, не более 180 градусов.

Позисторы PTC предназначены для ограничения тока при нагревании от более высокой рассеиваемой мощности. Поэтому их размещают последовательно в цепь переменного тока, чтобы уменьшить ток. Они (буквально любой из них) становятся горячими от слишком большого тока. Эти приспособления используют в устройстве защиты цепи, таком как предохранитель, в качестве таймера в схеме размагничивания катушек ЭЛТ-мониторов.

Для информации. Что такое позистор? Прибор, электрическое сопротивление которого растет в зависимости от его температуры, называется позистором (PTC).

Термисторы

Устройство с отрицательным температурным коэффициентом (это когда, чем выше температура, тем ниже сопротивление) называется терморезистором NTC.

Для информации. Все полупроводники имеют меняющееся сопротивление по мере увеличения или уменьшения температуры. В этом проявляется их сверхчувствительность.

Термисторы NTC широко используются в качестве ограничителей пускового тока, самонастраивающихся сверхтоковых защит и саморегулируемых нагревательных элементов. Обычно эти приборы устанавливаются параллельно в цепь переменного тока.

Их можно встретить повсюду: в автомобилях, самолетах, кондиционерах, компьютерах, медицинском оборудовании, инкубаторах, фенах, электрических розетках, цифровых термостатах, переносных обогревателях, холодильниках, печах, плитах и других всевозможных приборах.

Термистор используется в мостовых цепях.

Технические характеристики

Терморезисторы используют в батареях зарядки. Их основными характеристиками являются:

1. Высокая чувствительность, температурный коэффициент сопротивления в 10-100 раз больше, чем у металла;
2. Широкий диапазон рабочих температур;
3. Малый размер;
4. Простота использования, значение сопротивления может быть выбрано между 0,1 ~ 100 кОм;
5. Хорошая стабильность;
6. Сильная перегрузка.

Качество прибора измеряется с точки зрения стандартных характеристик, таких как время отклика, точность, неприхотливость при изменениях других физических факторов окружающей среды. Срок службы и диапазон измерений – это еще несколько важных характеристик, которые необходимо учитывать при рассмотрении использования.

Область применения

Термисторы не очень дорогостоящие и могут быть легко доступны. Они обеспечивают быстрый ответ и надежны в использовании. Ниже приведены примеры применения устройств.

Термодатчик воздуха

Автомобильный термодатчик – это и есть терморезистор NTC, который сам по себе является очень точным при правильной калибровке. Прибор обычно расположен за решеткой или бампером автомобиля и должен быть очень точным, так как используется для определения точки отключения автоматических систем климат-контроля. Последние регулируются с шагом в 1 градус.

Автомобильный термодатчик

Терморезистор встраивается в обмотку двигателя. Обычно этот датчик подключается к реле температуры (контроллеру) для обеспечения «Автоматической температурной защиты». Когда температура двигателя превышает заданное значение, установленное в реле, двигатель автоматически выключается. Для менее критического применения он используется для срабатывания сигнализации о температурном превышении с индикацией.

Датчик пожара

Можно сделать свое собственное противопожарное устройство. Собрать схему из термистора или биметаллических полосок, позаимствованных из пускателя. Тем самым можно вызвать тревогу, основанную на действии самодельного термодатчика.

В электронике всегда приходится что-то измерять, например, температуру. С этой задачей лучше всего справляется терморезистор – электронный компонент на основе полупроводников. Прибор обнаруживает изменение физического количества и преобразуется в электрическое количество. Они являются своего рода мерой растущего сопротивления выходного сигнала. Существует две разновидности приборов: у позисторов с ростом температуры растет и сопротивление, а у термисторов оно наоборот падает. Это противоположные по действию и одинаковые по принципу работы элементы.

Видео

Электротехника / Твердотельная электроника / 8.2.1. Принцип действия позисторов

Позистор – это полупроводниковый терморезистор с положительным темпера­турным коэффициентом сопротивления.

В массовом производстве позисторы делают на основе кера­мики из титаната бария. Титанат бария BaTiO 3 – диэлектрик с удельным сопротивлением при комнатной температуре 10 10 …10 12 Ом. см, что значительно превышает удельное сопротивление полупровод­ников. Если же в состав керамики из титаната бария ввести примеси редкоземельных элементов (лантана, церия или др.) либо других элементов (ниобия, тантала, сурьмы, висмута и т.п.), имеющих валентность, большую, чем у титана, и ионный радиус, близкий к радиусу иона титана, то это приведет к уменьшению удельного сопротивления до 10…10 2 Ом. см, что соответствует удельному сопротивлению полупроводниковых материалов.

Полупроводниковый титанат бария об­ладает аномальной температурной зависимостью удельного со­противления: в узком диапазоне температур при нагреве выше точки Кюри удельное сопротивление полупроводникового титаната бария увеличивается на несколько порядков.

Механизм электропроводности по­лупроводникового титаната бария при наличии примесей можно представить следующим образом. Примесь редко­земельного элемента (например, лан­тана) замещает в узле кристалличе­ской решетки барий. Часть атомов ти­тана, поддерживая электрическую нейтральность всего кристалла, захва­тывает лишние валентные электроны лантана, имеющего большую валент­ность, чем валентность бария. Захва­тываемые электроны, находясь в ква­зиустойчивом состоянии, легко переме­щаются под действием электрического поля и обусловливают электропроводность материала.

В полупроводниковом тита­нате бария существуют четырехвалентные и трехвалентные ионы титана. Между разновалентными ионами титана может происхо­дить обмен электронами. При этом каждый ион титана стано­вится то трех-, то четырехвалентным. Этот процесс является причиной электропроводности титаната бария.

Появление полупроводниковых свойств в ионных кристаллах под влиянием примесей наблюдается так­же и для оксида никеля. Полупро­водники, изготовляемые подобным методом, иногда называют полупро­водниками с управляемой валент­ностью.

Технология изготовления позисторов аналогична технологии изготовления изделий из других керамических материалов. После смешивания исходных компонен­тов и веществ, содержащих примесные элементы, проводят первич­ный обжиг этой смеси при температуре около 1000 °С.

Полученную твердую массу измельчают, а затем формуют заготовки. Вторичный обжиг производят при тем­пературе 1300…1400 °С.

В результате, резистивный слой позистора состоит из большого числа контактирующих между

собой зерен или крис­таллитов полупроводникового титаната бария.

Сопротивление позистора зависит от сопротивлений обедненных поверхностных слоев на зернах. Высота поверх­ностных потенциальных барьеров оказывается малой при темпе­ратурах ниже точки Кюри, когда в зернах существует спонтанная поляризация и материал обладает очень большой диэлектрической проницаемостью.

При температурах, больших точки Кюри, титанат бария претерпевает фазовое превращение из сегнетоэлектрического в параэлектрическое со­стояние. При этом пропадает спон­танная поляризация, резко умень­шается диэлектрическая проницае­мость, растет высота поверхностных потенциальных барьеров на зернах и увеличивается со­противление позистора (рис. 8.3).

Участок роста сопротивления зависит от точки Кюри керамики. Точка Кюри титаната ба­рия может быть смещена в сторону низких температур путем частичного замещения бария стронцием. И на­оборот, точка Кюри может быть сме­щена в сторону больших температур частичной заменой бария свинцом.

Уменьшает точку Кюри и частичная замена титана цирконием, оловом или самарием. Такое регулирование позволяет создавать позисторы, у которых положительный температурный коэффи­циент сопротивления наблюдается в разных диапазонах темпе­ратур.

Иногда для создания позисторов используют монокристаллические кремний, германий и другие полупроводниковые материалы. Принцип действия таких позисторов основан на уменьшении подвижности носителей заряда с увеличением температуры

Терморезисторы

Обозначение на схеме, разновидности, применение

В электронике всегда приходится что-то измерять или оценивать. Например, температуру. С этой задачей успешно справляются терморезисторы - электронные компоненты на основе полупроводников, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры.

Здесь я не буду расписывать теорию физических процессов, которые происходят в терморезисторах, а перейду ближе к практике - познакомлю читателя с обозначением терморезистора на схеме, его внешним видом, некоторыми разновидностями и их особенностями.

На принципиальных схемах терморезистор обозначается вот так.

В зависимости от сферы применения и типа терморезистора обозначение его на схеме может быть с небольшими отличиями. Но вы всегда его определите по характерной надписи t или t 0 .

Основная характеристика терморезистора — это его ТКС . ТКС — это температурный коэффициент сопротивления . Он показывает, на какую величину изменяется сопротивление терморезистора при изменении температуры на 1 0 С (1 градус Цельсия) или 1 градус по Кельвину.

У терморезисторов несколько важных параметров. Приводить я их не буду, это отдельный рассказ.

На фото показан терморезистор ММТ-4В (4,7 кОм). Если подключить его к мультиметру и нагреть, например, термофеном или жалом паяльника, то можно убедиться в том, что с ростом температуры его сопротивление падает.

Терморезисторы есть практически везде. Порой удивляешься тому, что раньше их не замечал, не обращал внимания. Давайте взглянем на плату от зарядного устройства ИКАР-506 и попробуем найти их.

Вот первый терморезистор. Так как он в корпусе SMD и имеет малые размеры, то запаян на небольшую плату и установлен на алюминиевый радиатор - контролирует температуру ключевых транзисторов.

Второй. Это так называемый NTC-термистор (JNR10S080L ). О таких я ещё расскажу. Служит он для ограничения пускового тока. Забавно. Вроде терморезистор, а служит в качестве защитного элемента.

Почему то если заходит речь о терморезисторах, то обычно думают, что они служат для измерения и контроля температуры. Оказывается, они нашли применение и как устройства защиты.

Также терморезисторы устанавливаются в автомобильные усилители. Вот терморезистор в усилителе Supra SBD-A4240. Здесь он задействован в цепи защиты усилителя от перегрева.

Вот ещё пример. Это литий-ионный аккумулятор DCB-145 от шуруповёрта DeWalt. Вернее, его "потроха". Для контроля температуры аккумуляторных ячеек применён измерительный терморезистор.

Его почти не видно.

Он залит силиконовым герметиком. Когда аккумулятор собран, то этот терморезистор плотно прилегает к одной из Li-ion ячеек аккумулятора.

Прямой и косвенный нагрев.

По способу нагрева терморезисторы делят на две группы:

Прямой нагрев.

Что такое термистор его применение в электронике

Это когда терморезистор нагревается внешним окружающим воздухом или током, который протекает непосредственно через сам терморезистор. Терморезисторы с прямым нагревом, как правило, используются либо для измерения температуры, либо температурной компенсации. Такие терморезисторы можно встретить в термометрах, термостатах, зарядных устройствах (например, для Li-ion батарей шуруповёртов).

Косвенный нагрев. Это когда терморезистор нагревается рядом расположенным нагревательным элементом. При этом он сам и нагревательный элемент электрически не связаны друг с другом. В таком случае, сопротивление терморезистора определяется функцией тока, протекающего через нагревательный элемент, а не через терморезистор. Терморезисторы с косвенным нагревом являются комбинированными приборами.

NTC-термисторы и позисторы.

По зависимости изменения сопротивления от температуры терморезисторы делят на два типа:

NTC-термисторы;

PTC-термисторы (они же позисторы ).

Давайте разберёмся, какая между ними разница.

NTC-термисторы.

Своё название NTC-термисторы получили от сокращения NTC - Negative Temperature Coefficient , или "Отрицательный Коэффициент Сопротивления". Особенность данных термисторов в том, что при нагреве их сопротивление уменьшается . Кстати, вот так обозначается NTC-термистор на схеме.

Обозначение термистора на схеме

Как видим, стрелки на обозначении разнонаправлены, что указывает на основное свойство NTC-термистора: температура увеличивается (стрелка вверх), сопротивление падает (стрелка вниз). И наоборот.

На практике встретить NTC-термистор можно в любом импульсном блоке питания. Например, такой термистор можно обнаружить в блоке питания компьютера.

Мы уже видели NTC-термистор на плате ИКАР’а, только там он был серо-зелёного цвета.

На этом фото NTC-термистор фирмы EPCOS. Применяется для ограничения пускового тока.

Для NTC-термисторов, как правило, указывается его сопротивление при 25 0 С (для данного термистора это 8 Ом) и максимальный рабочий ток. Обычно это несколько ампер.

Данный NTC-термистор устанавливается последовательно, на входе сетевого напряжения 220V. Взгляните на схему.

Так как он включен последовательно с нагрузкой, то весь потребляемый ток протекает через него. NTC-термистор ограничивает пусковой ток, который возникает из-за заряда электролитических конденсаторов (на схеме С1). Бросок зарядного тока может привести к пробою диодов в выпрямителе (диодный мост на VD1 — VD4).

При каждом включении блока питания конденсатор начинает заряжаться, а через NTC-термистор начинает протекать ток. Сопротивление NTC-термистора при этом велико, так как он ещё не успел нагреться. Протекая через NTC-термистор, ток разогревает его. После этого сопротивление термистора уменьшается, и он практически не препятствует протеканию тока, потребляемого прибором. Таким образом, за счёт NTC-термистора удаётся обеспечить "плавный запуск" электроприбора и уберечь от пробоя диоды выпрямителя.

Понятно, что пока импульсный блок питания включен, NTC-термистор находится в "подогретом" состоянии.

Если в схеме происходит выход из строя каких-либо элементов, то, обычно резко возрастает и потребляемый ток. При этом нередки случаи, когда NTC-термистор служит своего рода дополнительным предохранителем и также выходят из строя из-за превышения максимального рабочего тока.

Выход из строя ключевых транзисторов в блоке питания зарядного устройства привел к превышению максимального рабочего тока этого термистора (max 4A) и он сгорел.

Позисторы. PTC-термисторы.

Термисторы, сопротивление которых при нагреве растёт , называют позисторами. Они же PTC-термисторы (PTC — Positive Temperature Coefficient , "Положительный Коэффициент Сопротивления").

Стоит отметить, что позисторы получили менее широкое распространение, чем NTC-термисторы.

Условное обозначение позистора на схеме.

Позисторы легко обнаружить на плате любого цветного CRT-телевизора (с кинескопом). Там он установлен в цепи размагничивания. В природе встречаются как двухвыводные позисторы, так и трёхвыводные.

На фото представитель двухвыводного позистора, который применяется в цепи размагничивания кинескопа.

Внутри корпуса между выводами-пружинами установлено рабочее тело позистора. По сути это и есть сам позистор. Внешне выглядит как таблетка с напылением контактного слоя по бокам.

Как я уже говорил, позисторы используются для размагничивания кинескопа, а точнее его маски. Из-за магнитного поля Земли или влияния внешних магнитов маска намагничивается, и цветное изображение на экране кинескопа искажается, появляются пятна.

Наверное, каждый помнит характерный звук "бдзынь", когда включается телевизор — это и есть тот момент, когда работает петля размагничивания.

Кроме двухвыводных позисторов широко применяются трёхвыводные позисторы.

Отличие их от двухвыводных заключается в том, что они состоят из двух позисторов-"таблеток", которые установлены в одном корпусе. На вид эти "таблетки" абсолютно одинаковые. Но это не так. Кроме того, что одна таблетка чуть меньше другой, так ещё и сопротивление их в холодном состоянии (при комнатной температуре) разное. У одной таблетки сопротивление около 1,3 ~ 3,6 кОм, а у другой всего лишь 18 ~ 24 Ом.

Трёхвыводные позисторы также применяются в цепи размагничивания кинескопа, как и двухвыводные, но только схема их включения немного иная. Если вдруг позистор выходит из строя, а такое бывает довольно часто, то на экране телевизора появляются пятна с неестественным отображением цвета.

Более детально о применении позисторов в цепи размагничивания кинескопов я уже рассказывал здесь.

Так же, как и NTC-термисторы, позисторы используются в качестве устройств защиты. Одна из разновидностей позистора — это самовосстанавливающийся предохранитель.

SMD-терморезисторы.

С активным внедрением SMT-монтажа, производители стали выпускать терморезисторы и для поверхностного монтажа. По внешнему виду такие терморезисторы мало отличаются от керамических SMD-конденсаторов. Размеры соответствуют стандартному ряду: 0402, 0603, 0805, 1206. Визуально отличить их на печатной плате от рядом расположенных SMD-конденсаторов практически невозможно.

Встроенные терморезисторы.

В электронике активно применяются и встроенные терморезисторы. Если у вас паяльная станция с контролем температуры жала, то в нагревательный элемент встроен тонкоплёночный терморезистор. Также терморезисторы встраиваются и в фен термовоздушных паяльных станций, но там он является отдельным элементом.

Стоит отметить, что в электронике наряду с терморезисторами активно применяются термопредохранители и термореле (например, типа KSD), которые также легко обнаружить в электронных приборах.

Теперь, когда мы познакомились с терморезисторами, пора узнать об их параметрах.

Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница

Т акже Вам будет интересно узнать:

ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ

Терморезистор - полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводникового материала от температуры.

Для терморезистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени.

Рис.2.1. Терморезисторы.

Кострукция Терморезисторы изготавливают в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преимущественно методами порошковой металлургии. Их размеры могут варьироваться в пределах от 1–10 мкм до 1–2 см.

Классификация. Терморезисторыклассифицируются по основным параметрам.

по температуре эксплуатации:

§ сверхнизкотемпературные (температуpa 4,2 К),

§ низкотемпературные (температуpa ниже 170 К),

§ среднетемпературные (170–510 К)

§ высокотемпературные (выше 570 К).

§ сверхвысокотемпературные (температуpa 900–1300 К.).

по знаку ТКС:

§ позисторы (PTC-термисторы) — терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ПТКС);

§ термисторы (NTC-термисторы) — терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ОТКС);

то способу подогрева:

§ с прямым подогревом;

§ с косвенным подогревом.

Кроме классификации по основным параметрам, терморезисторы так же различают по назначению, по способы защиты, по конструкции, по типу материала, по технологии изготовления, режиму работы.

Режим работы терморезисторов зависит от того, на каком участке статической вольт-амперной характеристики (ВАХ) выбрана рабочая точка. В свою очередь ВАХ зависит как от конструкции, размеров и основных параметров терморезистора, так и от температуры, теплопроводности окружающей среды, тепловой связи между терморезистором и средой. Терморезисторы с рабочей точкой на начальном (линейном) участке ВАХ используются для измерения и контроля температуры и компенсации температурных изменений параметров электрической цепей и электронных приборов. Терморезисторы с рабочей точкой на нисходящем участке ВАХ (с отрицательным сопротивлением) применяются в качестве пусковых реле, реле времени, измерителей мощности электромагнитного излучения на СВЧ, стабилизаторов температуры и напряжения. Режим работы терморезистора, при котором рабочая точка находится также на ниспадающем участке ВАХ (при этом используется зависимость сопротивления терморезистора от температуры и теплопроводности окружающей среды), характерен для терморезисторов, применяемых в системах теплового контроля и пожарной сигнализации, регулирования уровня жидких и сыпучих сред; действие таких терморезисторов основано на возникновении релейного эффекта в цепи с терморезистором при изменении температуры окружающей среды или условий теплообмена терморезистора со средой.

Рис. 2.2. Классификация терморезисторов.

Основными параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния.

Различают терморезисторы с отрицательным (термисторы) и положительным (позисторы) ТКС. Их ещё называют NTC-термисторы и PTC-термисторы соответственно. У позисторов с ростом температуры растет и сопротивление, а у термисторов - наоборот: при увеличении температуры сопротивление падает.

Терморезисторы с отрицательным ТКС изготовляют из смеси поликристаллических оксидов переходных металлов (например, MnO, СoO?, NiO, CuO), легированных Ge и Si, полупроводников типа A III B V , стеклообразных полупроводников и других материалов.

Изготовляются также терморезисторы специальной конструкции - с косвенным подогревом. В таких терморезисторах имеется подогревная обмотка, изолированная от полупроводникового резистивного элемента (если при этом мощность, выделяющаяся в резистивном элементе, мала, то тепловой режим терморезистора определяется температурой подогревателя, то есть током в нём). Таким образом, появляется возможность изменять состояние терморезистора, не меняя ток через него. Такой терморезистор используется в качестве переменного резистора, управляемого электрически на расстоянии.

Условное изображение терморезисторов. Терморезисторы это разновидность резисторов, поэтому к изображению обычного резистора добавляют добавочные графические элементы.

Рис. 2.3. Условное изображение терморезисторов: а) общее графическое изображение; б) термистор (терморезистор с отрицательным ТКС); в) позистор (терморезистор с положительным ТКС); г) терморезисторов с косвенным подогревом.

Условное обозначение терморезисторов. В настоящее время промышленностью изготовляются терморезисторы соответствующие трем различным ГОСТАм: ГОСТ 13453-64, ГОСТ 13453-68, ГОСТ 17598-72. Кроме действующих стандартов терморезисторы изготавливаются различными производителями, у которых собственная система условного обозначения. Согласно действующему стандарту (ГОСТ 13453-64, ГОСТ 13453-68, ГОСТ 17598-72) условное обозначение резисторов состоит из следующих элементов.

первый элемент — буква или сочетание букв, обозначающих подкласс резисторов:

TP — тepмopeзиcтop c oтpицатeльным TKC (термистор),

TPП — тepмopeзиcтop c нoлoжитeльным TKC (пoзиcтop).

второй элемент — цифра (цифры) обозначает группу резистивного материала элемента:

1 — кобальто-марганцевые,

2 — медно-марганцевые,

3 — медно-кобальто-марганцевые,

4 — никель-кобальто-марганцевые,

5 — на ocнoвe титаната баpия, лeгиpoваннoгo гepманиeм;

6 — на ocнoвe лeгиpoванныx твepдыx pаcтвopoв в cиcтeмe BaTiO 3 — BaSnO 3 ;

8 — на ocнoвe нoлyтopаoкиcи ванадия и pяда нoликpиcталличecкиx твepдыx pаcтвopoв:

9 — на ocнoвe двyoкиcи ванадия VO 2 ;

10 — на ocнoвe cиcтeмы (Ba, Sr) TiO 3 ;

11 — на ocнoвe cиcтeмы (Ba, Sr) (Ti, Sn) O 3 , лeгиpoваннoй цepиeм.

третий элемент — нoминальнoe coнpoтивлeниe и бyквeннoe oбoзначeниe eдиницы измepeния (Ом, кОм) или цифра (цифры)- обозначает регистрационный номер конкретного типа резистора (для терморезисторов прошлых лет выпуска;

четвертый элемент — дoпycк (%).

Hапpимep, TP-2-33 кОм ±20 %. — тepмopeзиcтop c oтpицатeльным TKC, пopядкoвым нoмepoм pазpабoтки 2, нoминальным coнpoтивлeниeм 33 кОм, дoпycкoм ±20 % . Hаpядy c нoвыми вcтpeчаютcя тepмopeзиcтopы нpoшлыx лет выпуска. В ocнoвy был нoлoжeн cocтав пoлyпpoвoдникoвoгo матepиала, из кoтopoгo изгoтoвлeн иx тepмoчyвcтвитeльный элeмeнт. Hанpимep, MMT — мeднo- маpганцeвыe; KMT — кoбальтo-маpганцeвыe. Cтабилизатopы нанpяжeния oбoзначаютcя TП2/0,5 ; TП2/2 ; TП6/2. Буквы oбoзначают T (тepмo) Р(peзиcтop) П (пpямoгo пoдoгpeва).

Позистор и термистор, в чем отличие?

Цифра в числителе yказываeт нoминальнoe значeниe нанpяжeния в вoльтаx, а в знамeнатeлe — cpeднюю cилy pабoчeгo тoка в миллиамнepаx. Датчики температурыТРП 68–01И — T (тepмo), Р(peзиcтop). П (пpямoгo пoдoгpeва), 68 – температура срабатывания, 0 С, 01 – порядковый номер конструкторской разработки. И – с изолированными выводами от корпуса

Измерители СВЧ-мощности старых разработок обозначаются Т8 , Т9 , ТШ-1 и ТШ-2 . Буква Ш здесь обозначает малую шунтирующую емкость. Более поздние разработки обозначаются СТ- 3-29 и СТ3-32. Терморезисторы косвенного подогрева старых разработок для систем регулирования с глубокой обратной связью обозначаются ТКП-20, ТКП-50 и ТКП-350. Цифры указывают значение сопротивления в Ом. Позднее для этих целей были разработаны терморезисторы СТ1-21, СТ3-21, СТ1-27 и СТ3-27.В терморезисторов высокой стабильности ТРА-1 и ТРА-2 буква А обозначает резистивный материал на основе монокристаллов полупроводникового алмаза

Основные параметры и характеристики

Характеристика терморезисторов. Характеристикой терморезисторов является их статическая вольтамперная характеристика. Она представляют собой зависимости протекающего через терморезистор тока от приложенного напряжения в условиях теплового равновесия между ним и внешней средой. Вид нелинейной статической ВАХ зависит от сопротивления термочувствительного элемента, его конструкции, габаритных размеров, степени тепловой связи с окружающей средой и внешней температуры.

Рис. 2.4. Температурные зависимости сопротивления терморезисторов с отрицательным (а) и положительным (б) ТКС

Вид ВАХ терморезисторов косвенного подогрева в значительной степени зависит от тока, протекающего по обмотке подогрева І п. Поэтому для них обычно приводятся характеристики подогрева, устанавливающие связь между сопротивлением терморезистора и мощностью, рассеиваемой на обмотке подогрева.

Рис. 2.5. Характеристика нагрева терморезисторов косвенного подогрева

Основные параметры терморезисторов.

§ R н — номинальное сопротивление — сопротивление терморезисторов при определенной температуре окружающей среды, обычно — это 25°С или 20°С.

§ Т 2 , Т 1 интервал рабочих температур;

§ α — температурный коэффициент сопротивления — характеризует изменение сопротивления терморезистора в % при изменении температуры на 1 градус, обычно указывается для той же температуры, что и номинальное сопротивление.

§ Постоянная В — величина, характеризующая температурную чувствительность терморезисторов в определенном диапазоне температур. Определяется физическими свойствами полупроводникового материала, вычисляют по формуле:
, где

R 1 — сопротивление терморезистора, измеренное при температуре Т 1 , Ом;
R 2 — сопротивление терморезистора, измеренное при температуре Т 2 , Ом.

§ Р мах — максимальная мощность рассеяния — это допустимая мощность при температуре 25°С (или другой указанной в ТУ), при которой в течение заданного времени (минимальной наработки) параметры терморезисторов остаются в пределах норм, установленных в ТУ.

Предыдущая123456789Следующая

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Слово «термистор» понятно само по себе: ТЕРМический резИСТОР – устройство, сопротивление которого изменяется с температурой.

Термисторы являются в значительной степени нелинейными приборами и зачастую имеют параметры с большим разбросом. Именно поэтому многие, даже опытные инженеры и разработчики схем испытывают неудобства при работе с этими приборами. Однако, познакомившись поближе с этими устройствами, можно видеть, что термисторы на самом деле являются вполне простыми устройствами.

Вначале необходимо сказать, что не все устройства, изменяющие сопротивление с температурой, называются термисторами. Например, резистивные термометры , которые изготавливаются из маленьких катушек витой проволоки или из напыленных металлических плёнок. Хотя их параметры зависят от температуры, однако, они работают не так, как термисторы. Обычно термин «термистор» применяется по отношению к чувствительным к температуре полупроводниковым устройствам.

Имеется два основных класса термисторов: с отрицательным ТКС (температурным коэффициентом сопротивления) и с положительным ТКС.

Существуют два принципиально различных типа выпускаемых термисторов с положительным ТКС. Одни изготавливаются подобно термисторам с отрицательным ТКС, другие же делаются из кремния. Термисторы с положительным ТКС будут описаны кратко, а основное внимание будет уделено боле распространенным термисторам с отрицательным ТКС. Таким образом, если отсутствуют особые указания, то речь будет идти о термисторах с отрицательным ТКС.

Термисторы с отрицательным ТКС являются высокочувствительными, нелинейными устройствами с узким диапазоном, сопротивление которых уменьшается при увеличении температуры. На рис.1 изображена кривая, показывающая изменение сопротивления в зависимости от температуры и представляющая собой типовую температурную зависимость сопротивления. Чувствительность – приблизительно 4-5 %/ о С. Имеется большой диапазон номиналов сопротивлений, и изменение сопротивления может достигать многих ом и даже килоом на градус.

Рис.1 Термисторы с отрицательным ТКС очень чувствительны и в значительной

Степени нелинейны. R о может быть в омах, килоомах или мегоомах:

1-отношение сопротивлений R/R о; 2- температура в о С

По существу термисторы представляют собой полупроводниковую керамику. Они изготавливаются на основе порошков окислов металлов (обычно окислов никеля и марганца), иногда с добавкой небольшого количества других окислов. Порошкообразные окислы смешиваются с водой и различными связующими веществами для получения жидкого теста, которому придаётся необходимая форма и которое обжигается при температурах свыше 1000 о С.

Приваривается проводящее металлическое покрытие (обычно серебряное), и подсоединяются выводы. Законченный термистор обычно покрывается эпоксидной смолой или стеклом или заключается в какой-нибудь другой корпус.

Из рис. 2 можно видеть, что имеется множество типов термисторов.

Термисторы имеют вид дисков и шайб диаметром от 2.5 до приблизительно 25.5 мм, форму стержней различных размеров.

Некоторые термисторы сначала изготавливаются в виде больших пластин, а затем режутся на квадраты. Очень маленькие бусинковые термисторы изготавливаются путем непосредственного обжигания капли теста на двух выводах из тугоплавкого титанового сплава с последующим опусканием термистора в стекло с целью получения покрытия.

Типовые параметры

Говорить «типовые параметры» — не совсем правильно, так как для термисторов существует лишь несколько типовых параметров. Для множества термисторов различных типов, размеров, форм, номиналов и допусков существует такое же большое количество технических условий. Более того, зачастую термисторы, выпускаемые различными изготовителями, не являются взаимозаменяемыми.

Можно приобрести термисторы с сопротивлениями (при 25 o С — температуры, при которой обычно определяется сопротивление термистора) от одного ома до десяти мегоом и более.

Сопротивление зависит от размера и формы термистора, однако, для каждого определённого типа номиналы сопротивления могут отличаться на 5-6 порядков, что достигается путём простого изменения оксидной смеси. При замене смеси также и изменяется и вид температурной зависимости сопротивления (R-T кривая) и меняется стабильность при высоких температурах. К счастью термисторы с высоким сопротивлением, достаточным для того, чтобы использовать их при высоких температурах, также обладают, как правило, большей стабильностью.

Недорогие термисторы обычно имеют довольно большие допуски параметров. Например, допустимые значения сопротивлений при 25 о С изменяются в диапазоне от ± 20% до ± 5%. При более высоких или низких температурах разброс параметров еще больше увеличивается. Для типового термистора, имеющего чувствительность 4% на градус Цельсия, соответствующие допуски измеряемой температуры меняются приблизительно от ± 5 о до ± 1,25 о С при 25 о С. Высокоточные термисторы будут рассматриваться в данной статье ниже.

Ранее было сказано, что термисторы являются устройствами с узким диапазоном. Это необходимо пояснить: большинство термисторов работает в диапазоне от –80 о С до 150 о С, и имеются приборы (как правило, со стеклянным покрытием), которые работают при 400 о С и больших температурах.

Однако для практических целей большая чувствительность термисторов ограничивает их полезный температурный диапазон. Сопротивление типового термистора может изменяться в 10000 или 20000 раз при температурах от –80 о С до +150 о С. Можно представить себе трудности при проектировании схемы, которая обеспечивала бы точность измерений на обоих концах этого диапазона (если не используется переключение диапазонов). Сопротивление термистора, номинальное при нуле градусов, не превысит значения нескольких ом при

В большинстве термисторов для внутреннего подсоединения выводов используется пайка. Очевидно, что такой термистор нельзя использовать для измерения температур, превышающих температуру плавления припоя. Даже без пайки, эпоксидное покрытие термисторов сохраняется лишь при температуре не более 200 о С. Для более высоких температур необходимо использовать термисторы со стеклянным покрытием, имеющие приваренные или вплавленные выводы.

Требования к стабильности также ограничивают применение термисторов при высоких температурах. Структура термисторов начинает изменяться при воздействии высоких температур, и скорость и характер изменения в значительной степени определяются оксидной смесью и способом изготовления термистора. Некоторый дрейф термисторов с эпоксидным покрытием начинается при температурах свыше 100 о С или около того. Если такой термистор непрерывно работает при 150 о С, то дрейф может измеряться несколькими градусами за год. Низкоомные термисторы (к примеру, не более 1000 Ом при 25 о С) зачастую ещё хуже – их дрейф может быть замечен при работе приблизительно при 70 о С. А при 100 о С они становятся ненадёжными.

Недорогие устройства с большими допусками изготавливаются с меньшим вниманием к деталям и могут дать даже худшие результаты. С другой стороны, некоторые правильно разработанные термисторы со стеклянным покрытием имеют прекрасную стабильность даже при более высоких температурах. Бусинковые термисторы со стеклянным покрытием обладают очень хорошей стабильностью, так же, как и недавно появившиеся дисковые термисторы со стеклянным покрытием.

Следует помнить, что дрейф зависит как от температуры, так и от времени. Так, например, обычно можно использовать термистор с эпоксидным покрытием при кратковременном нагреве до 150 о С без значительного дрейфа.

При использовании термисторов необходимо учитывать номинальное значение постоянной рассеиваемой мощности . Например, небольшой термистор с эпоксидным покрытием имеет постоянную рассеивания, равную одному милливатту на градус Цельсия в неподвижном воздухе.

Параметры термисторов

Другими словами один милливатт мощности в термисторе увеличивает его внутреннюю температуру на один градус Цельсия, а два милливатта — на два градуса и так далее. Если подать напряжение в один вольт на термистор в один килоом, имеющий постоянную рассеивания один милливатт на градус Цельсия, то получится ошибка измерения в один градус Цельсия. Термисторы рассеивают большую мощность, если они опускаются в жидкость. Тот же вышеупомянутый небольшой термистор с эпоксидным покрытием рассеивает 8 мВт/ о С, находясь в хорошо перемешиваемом масле. Термисторы с большими размерами имеют постоянное рассеивание лучше, чем небольшие устройства. Например термистор в виде диска или шайбы может рассеивать на воздухе мощность 20 или 30 мВт/ о С следует помнить, что аналогично тому, как сопротивление термистора изменяется в зависимости от температуры, изменяется и его рассеиваемая мощность.

Уравнения для термисторов

Точного уравнения для описания поведения термистора не существует, – имеются только приближенные. Рассмотрим два широко используемых приближенных уравнения.

Первое приближенное уравнение, экспоненциальное, вполне удовлетворительно для ограниченных температурных диапазонов, в особенности – при использовании термисторов с малой точностью.

Термистор - это чувствительный к изменениям температуры элемент, изготовленный из полупроводникового материала. Он ведет себя как резистор, чувствительный к изменениям температуры. Термин «термистор» - это сокращение от термочувствительного резистора. Полупроводниковый материал - это материал, который проводит электрический ток лучше, чем диэлектрик, но не так хорошо, как проводник.

Принцип работы термистора

Подобно термометрам сопротивления термисторы используют изменения величины сопротивления в качестве основы измерений. Однако сопротивление термистора обратно пропорционально изменениям температуры, а не прямо пропорционально. По мере увеличения температуры вокруг термистора, его сопротивление понижается, а по мере понижения температуры его сопротивление увеличивается.

Хотя термисторы выдают такие же точные показания, как и термометры сопротивления, однако, термисторы чаще конструируются для измерений в более узком диапазоне.

Термистор: подробно простым языком

Например, диапазон измерений термометра сопротивления может быть в пределах от -32°F до 600°F, а термистор будет измерять от -10°F до 200°F. Диапазон измерений для конкретного термистора зависит от размера и типа полупроводникового материала, который в нем используется.

Как термометры, термисторы реагируют на изменения температуры пропорциональным изменением сопротивления, они оба часто используются в мостовых схемах.

В данной цепи изменение температуры и обратно пропорциональная зависимость между температурой и сопротивлением термистора будет определять направление протекания тока. Иначе цепь будет функционировать таким же образом как в случае с термометром сопротивления. По мере изменения температуры термистора, изменяется его сопротивление и мост становится неуравновешенным. Теперь через прибор будет протекать ток, который можно будет измерить. Измеряемый ток можно преобразовать в единицы измерения температуры с помощью переводной таблицы, или откалибровав соответствующим образом шкалу.

Терморезисторы. Принцип работы

Терморезистор - это полупроводниковый прибор (его изготавливают из полупроводниковых материалов с большим отрицательным температурным коэффициентом), в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводников от температуры.

Изменение сопротивления Rт полупроводника при изменении температуры характеризуется зависимостью:

Rт= Аехр (В/Т).

Где: А - постоянная, зависящая от физических свойств полупроводника, размеров и формы терморезистора; В - постоянная, зависящая от физических свойств полупроводника; Т - температура терморезистора, °С. Температурный коэффициент α полупроводникового терморезистора отрицательный.

Он достигает значений от 2,5 до 4% °С, что в 6-10 раз больше температурного коэффициента металлов, и зависит от температуры:

α = В/Т^2.

На рис. 1 показано устройство терморезисторов серий ММТ и КМТ. Терморезисторы типов ММТ-1 и КМТ-1 (рис. 1, а) представляют собой полупроводниковый стержень 1, покрытый эмалевой краской, с контактными колпачками 2 и выводами 3. Эти выводы терморезисторов могут быть использованы только в сухих помещениях. Терморезисторы типов ММТ-4 и КМТ-4 (рис. 1, б) смонтированы в металлический корпус 6 и герметизированы. Они могут быть применены в условиях любой влажности и любой среды, не являющейся агрессивной по отношению к корпусу. Герметизация осуществляется стеклом 8 и оловом 9. Стержень 5 в терморезисторе типа ММТ-4 обернут металлической фольгой 4. Токоотвод 7 выполнен из никелевой проволоки. Эти терморезисторы выпускаются на номинальные значения сопротивления от 1 до 200 кОм (при 20 °С) и могут быть использованы для работы в диапазоне температур от -100 до 129°С.

Действие термометров сопротивления основано на свойстве проводников менять электрическое сопротивление при изменении температуры. В качестве материала для изготовления термометров сопротивления используют только чистые металлы: платину в виде тонкой проволоки диаметром 0,05- 0,07 мм для измерения температур до 630°С и медь, никель или железо в виде проволоки диаметром 0,1 мм для измерения температур 100-150 °С.

Существуют следующие способы намотки материала термометров сопротивления:

На стеклянную пластинку в целях сохранности элемента, имеющего остроугольные вырезы по бокам, расстояние между зубцами которых равно 0,5-1 мм;

На стеклянную трубку в целях сохранности элемента его заключают в тонкостенную пружинящую металлическую трубку с асбестовыми подушками;

На слюдяную или фарфоровую крестовину.

Наиболее широко применяют платину и медь.

Термометры сопротивления используют в приборах контроля и автоматического регулирования температуры. В них, кроме чувствительного элемента, есть источник тока и измерительный мост. Схема уравновешенного моста постоянного тока показана на рис. 2.

Перемещая движок реостата Rз, приводят мост в уравновешенное состояние, при котором гальванометр G фиксирует отсутствие тока в диагонали моста (Iт=0). Rз=const.

Таким образом, на равнозначных режимах величина Rз пропорциональна измеряемому сопротивлению Rt, зависящему от температуры. Уравновешивания моста может быть осуществлено автоматически. Для этого сопротивление резистора меняется под воздействием стрелки нуль гальванометра G.

Наряду с уравновешенными измерительными мостами применяются и неуравновешенные, характеризующиеся большей надежностью, но меньшей точностью из-за влияний колебаний напряжения источника.

Термометр сопротивления платиновый типа ТСП-972 (рис. 3) предназначен для измерения температуры от -10 до +120°С при относительной влажности до 98%.

Принцип действия основан на свойстве платины изменять свое сопротивление в зависимости от температуры. Измерение сопротивления термометра фиксируется вторичным прибором, имеющим шкалу в градусах Цельсия. Термометр типа ТСП-972 состоит из термоэлемента 1 и головки 2. Чувствительный элемент термометра представляет собой спираль из платиновой проволоки марки Пл-2 диаметром 0,05 мм, помещенную в канал каркаса. Каналы каркаса заполнены порошком безводной окиси алюминия и залиты глазурью. Концы спирали припаяны серебром к выводам из сплава, состоящего из иридия и родия.

Головка термометра сопротивления состоит из корпуса и крышки 3, соединенных болтами. Конструкция защитной арматуры сварная.

Термометр виброустойчивый и ударопрочный.

При ремонте бытовой техники приходится сталкиваться с большим разнообразием деталей и компонентов. Часто новички не знают, что такое терморезистор и какими они бывают. Это полупроводниковые компоненты, сопротивление которых изменяется под воздействием температуры. Благодаря этим свойствам они нашли широкий диапазон применений. Начиная от термометров, заканчивая ограничителями пускового тока. В этой статье мы ответим на все интересующие вас вопросы простыми словами.

Устройство и виды

Терморезистор – это полупроводниковый прибор, сопротивление которого зависит от его температуры. В зависимости от типа элемента сопротивление может повышаться или падать при нагреве. Различают два вида терморезисторов:

• NTC (Negative Temperature Coefficient) – с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Часто их называют «Термисторы».
• PTC (Positive Temperature Coefficient) – с положительным ТКС. Их также называют «Позисторы».

Важно! Температурный коэффициент электрического сопротивления – это зависимость сопротивления от температуры. Описывает, на сколько Ом или процентов от номинальной величины изменяется сопротивление элемента при повышении его температуры на 1 градус Цельсия. Например, у обычных положительный ТКС (при нагреве сопротивление проводников повышается).

Терморезисторы бывают низкотемпературными (до 170К), среднетемпературными (170-510К) и высокотемпературными (900-1300К). Корпус элемента может быть выполнен из пластика, стекла, металла или керамики.

Условное графическое обозначение терморезисторов на схеме напоминает обычные резисторы, а отличием является лишь то, что они перечеркнуты полосой и рядом указывается буква t.

Кстати, так обозначаются любые резисторы, сопротивление которых изменяется под воздействием окружающей среды, а род воздействующих величин и указывается буквой, t – температура.

Основные характеристики:

• Номинальное сопротивление при 25 градусах Цельсия.
• Максимальный ток или мощность рассеяния.
• Интервал рабочих температур.

Интересный факт : Терморезистор изобретен в 1930 году ученым Самюэлем Рубеном.

Давайте подробнее рассмотрим, как устроен и для чего нужен каждый из них.

NTC

Основные сведения

Сопротивление NTC-терморезисторов уменьшается при нагреве, их ТКС отрицательный. Зависимость сопротивления от температуры изображена на графике ниже.

Здесь вы можете убедиться, что при нагреве сопротивление NTC-терморезистора уменьшается.

Такие термисторы изготавливают из полупроводников. Принцип действия заключается в том, что с ростом температуры увеличивается концентрация носителей зарядов, электроны переходят в зону проводимости. Кроме полупроводников используются оксиды переходных металлов.

Обратите внимание на такой параметр как бета-коэффициент. Учитывается при использовании терморезистора для измерения температуры, для усреднения графика сопротивления от температуры и проведения расчетов с помощью микроконтроллеров. Бета-уравнение для приближения кривой изменения сопротивления термистора вы видите ниже.

Интересно: в большинстве случаев термисторы используют в диапазоне температур 25-200 градусов Цельсия. Соответственно могут использоваться для измерений в этих диапазонах, в то время как термопары работают и при 600 градусах Цельсия.

Где используется

Терморезисторы с отрицательным ТКС часто используют для ограничения пусковых токов электродвигателей, пусковых реле, для защиты от перегрева литиевых аккумуляторов и в блоках питания для уменьшения зарядных токов входного фильтра (емкостного).

На схеме выше приведен пример использования термистора в блоке питания. Такое применение называется прямым нагревом (когда элемент сам разогревается при протекании тока через него). На плате блока питания NTC-резистор выглядит следующим образом.

На рисунке ниже вы видите, как выглядит NTC-терморезистор. Он может отличаться размерам, формой, а реже и цветом, самый распространенный – это зелёный, синий и черный.

Ограничение пускового тока электродвигателей с помощью NTC-термистора получило широкое распространение в бытовой технике благодаря простоте реализации. Известно, что при пуске двигателя он может потреблять ток в разы и десятки раз превышающий его номинальное потребление, особенно если двигатель пускается не в холостую, а под нагрузкой.

Принцип работы такой схемы:

Когда термистор холодный его сопротивление велико, мы включаем двигатель и ток в цепи ограничивается активным сопротивлением термистора. Постепенно происходит разогрев этого элемента и его сопротивление падает, а двигатель выходит на рабочий режим. Термистор подбирается таким образом, чтобы в горячем состоянии сопротивление было приближено к нулю. На фото ниже вы видите сгоревший терморезистор на плате мясорубки Zelmer, где и используется такое решение.

Недостаток этой конструкции состоит в том, что при повторном пуске, когда термистор еще не остыл – ограничения тока не происходит.

Есть не совсем привычное любительское применение терморезистора для защиты ламп накаливания. На схеме ниже изображен вариант ограничения всплеска тока при включении таких лампочек.

Если терморезистор используется для измерения температуры – такой режим работы называют косвенным нагревом, т.е. он нагревается от внешнего источника тепла.

Интересно: у терморезисторов нет полярности, так что их можно использовать как в цепях постоянного, так и переменного тока не опасаясь переполюсовки.

Маркировка

Терморезисторы могут маркироваться как буквенным способом, так и содержать цветовую маркировку в виде кругов, колец или полос. При этом различают множество способов буквенной маркировки – это зависит от производителя и типа конкретного элемента. Один из вариантов:

На практике, если он применяется для ограничения пускового тока чаще всего встречаются дисковые термисторы, которые маркируются так:

Где первая цифра обозначает сопротивление при 25 градусах Цельсия – 5 Ом, а «20» — диаметр, чем он больше – тем большую мощность он может рассеять. Пример такого вы видите на рисунке ниже:

Для расшифровки цветовой маркировки можно воспользоваться таблицей, изображенной ниже.

Из-за обилия вариантов маркировки можно ошибиться в расшифровке, поэтому для точности расшифровки лучше искать техническую документацию к конкретному компоненту на сайте производителя.

PTC

Основные сведения

Позисторы, как было сказано, имеют положительный ТКС, то есть их сопротивление повышается при нагреве. Их изготавливают на основе титаната бария (BaTiO 3). У позистора такой график температуры и сопротивления:

Кроме этого нужно обратить внимание на его вольтамперную характеристику:

Рабочий режим зависит от выбора рабочей точки позистора на ВАХ, например:

• Линейный участок используется для измерения температуры;
• Нисходящий участок используется в пусковых реле, измерения мощности ЭМИ на СВЧ, противопожарной сигнализации и прочего.

На видео ниже рассказывается, что такое позисторы:

Где применяется

Сфера применения позисторов достаточно широка. В основном они используются в схемах защиты оборудования и устройств от перегрева или , реже для измерения температуры, а также в качестве автостабилизирующих нагревательного элемента. Кратко перечислим примеры использования:

Терморезисторы – это группа устройств, способных преобразовать температуру в электрический сигнал, который считывают посредством измерения падения напряжения или силы тока в цепи, где он установлен. Или же они сами по себе могут являться регулирующим органом, если это позволяют сделать его параметры. Простота и доступность этих устройств позволяет их широко использовать как для профессионального конструирования приборов, так и для радиолюбительской практики.

Наверняка вы не знаете: