Термистори

Термистор (от гръцки therme - топлина, топлина; от латински resisto - съпротивлявам се), - това обикновено е името на полупроводников резистор, чието електрическо съпротивление намалява или се увеличава значително с повишаване на температурата. Термисторът се характеризира с голям температурен коефициент на съпротивление (TCR) (десетки пъти по-висок от този коефициент за метали), простота на устройството, способност за работа в различни климатични условия със значителни механични натоварвания и стабилност на характеристиките във времето.

Термисторът е открит отСамюел Рубен) през 1930 г. и притежава патент на САЩ #2,021,491.

Разработени са следните видове термистори:

Термисторът е термистор, чието съпротивление намалява с повишаване на температурата.

Позисторът е термистор, чието съпротивление се увеличава много с повишаване на температурата.

Директно нагряван термистор, чиято температура и съпротивление се определят от температурата на околната среда и самонагряване от протичащия през него ток.

Термисторът на косвеното нагряване се нагрява от специален допълнителен вграден нагревател.

Болометърът е термистор, чувствителен към въздействието на топлинно и оптично излъчване, съдържащ в състава си активна и компенсационна част.

Температурните зависимости на електропроводимостта на метали, собствени и примесни полупроводници (германий, силиций и др.) са широко известни. Въпреки това, тези материали не са намерили приложение в термистори поради:

недостатъчно силна зависимост на подвижността на носителите на заряд от температурата в проводниците и примесните полупроводници;

несъответствие с типичния работен температурен диапазон от -60 0 С до +60 0 С експоненциаленпромени в концентрацията на носители в примесни полупроводници (област на изчерпване на примеси - по-малко от 100 K, преходна област към собствена проводимост - повече от 400 K);

висока нестабилност на стойностите на съпротивлението на технически произведени собствени полупроводници.

Принципът на работа на термисторите

Температурната зависимост на съпротивлението е основната характеристика на термисторите, която до голяма степен определя останалите характеристики на тези продукти. Естествено, това е подобно на температурната зависимост на съпротивлението на полупроводника, от който е направен този термистор.

Измерванията показват, че температурната зависимост на съпротивлението на повечето видове битови NTC термистори с достатъчна за практиката точност в целия работен температурен диапазон или в част от него се апроксимира с израза:

къдетоRTе стойността на съпротивлението на термистора при температураT, K, константаA=A0l\S– зависи от физическите свойства на материала и размерите на термистора (1е разстоянието между електроните в cm иSе площта на напречното сечение на термисторен полупроводников елемент в cm ); константаBзависи от физичните свойства на материала и може да има една или две стойности в работния температурен диапазон.

Като вземем логаритъм на израза, получаваме lgRT=lgА+ 0.4343B\T. Този израз в координатитеRTи 1\Tпредставлява уравнението на права линия, което значително опростява определянето на температурния диапазон, в който формулата приближава действителнатаRT(T) зависимост с необходимата точност. Въз основа на резултатите от измерваниятаRTиTсе изчертава графика на зависимосттаlogRT=f(1/T). Ако през точките, получени експериментално, може да се начертае права линия, тогава изразът заRTсе счита за валиден в дадения температурен диапазон.

За практически изчисления е удобно да се изключи константатаA. След като написахме формулата за RT за две температуриT1 иT2 и разделихме една на друга, получаваме:

От тази формула е възможно да се изчисли стойността на съпротивлението на термистора при всяка температураT2 (в диапазона на работните температури), като се знае стойността на константатаBи съпротивлението на пробата при някаква температураT1.

СтойносттаBсе определя експериментално чрез измерване на съпротивлението на термистора при две температуриT1 иT2. Като вземем логаритъма на предишния израз, лесно се получава

където Δlg2R3=lg2RT32-lg2RT31, и Δ(1/2T3) = 1/2T32-1/2T31. B е коефициентът на температурна чувствителност, по-често използван еBв Келвин.

Ако определим TCR на термистора α, както обикновено се приема: TCR = αT= (1/R)(dR/dT), тогава следва, че αT= -B/T2 .

За позисторите температурните зависимости на съпротивлението, взети в широк температурен диапазон, са сложни. При достатъчно ниски и високи температури съпротивлението намалява с повишаване на температурата по закон, близък до експоненциален. В междинната област съпротивлениетоRрязко нараства с повишаване на температурата. Стръмността на графиката и, следователно, стойността на TCR може да се контролира в широк диапазон чрез различни технологични методи.

За много видове позистори съпротивлението в доста голям температурен диапазон (от порядъка на няколко десетки градуса по Целзий / Келвин) се променя стриктно според експоненциалния закон:

къдетоAе константа, α е температурен коефициент на съпротивление при температура 1°С в абсолютни единици.

---