мосферном давлении) терморезисторы с характеристикой 2 используются для стабилизации напряжения, а с характеристикой 3 позволяют создавать схемы релейного тина с двумя устойчивыми состояниями и применяются в системах сигнализации, ступенчатого управления н т. д.

ТеплоотВод лучше

-Область больших -нагрузок

Область шалых нагрузок I

Рнс. 9-7, Статические вольт-амперяые характеристики терморезистора при различных игсловиях теплоотвода.

В области малых нагрузок зависимость сопротивления терморезистора от температуры Т хорошо описывается выражением в

(9-13)

где Л и В - постоянные, зависяшие от физических свойств материала и геометрии проводящего элемента термореэистора. Постоянная В характеризует температурную чувствительность терморезистора и обычно заключена в пределах 2 000-5 200, При данном значении В постоянная А определяет холодное сопротивление терморезистора:

i?2 = Ae®° (9-15а)

- сопротивление при температуре 20° С (290° К) в области малых нагрузок.

Параметры терморезисг.-1ров. Свойства терморезисторов характеризуются температурным коэффициентом, 1101То чной времени, теплоемкостью и другими йе.пичннами, знание которых позволит применять эти приборы в различных областях техники.

Температурный коэффициент а указывает относительное mммe\ сопротивления терморезистора (в процентах) при и&-менении температуры на ГС:

а = 100 -. = - 100

()-i6)

Величина а составляет для различных типов терморезисторов-(2-т-6) ЛС н по

абсолютному значению уменьшается с ио-вышением температуры. В справочных таблицах приводится значение а для температуры 20° С.

Постоянная времени т - интервал времени, в течение которого первоначальная разность температур терморезистора н окружающей среды уменьшается в е раз (на 63%)- Величина т существенно зависит от конструкции терморезистора и у реальных образцов составляет от единиц до сотен секунд.

Важнейшими теплотехническими характеристиками терморезистора являются его теплоемкость С - количество тепла, необходимого для повышения температуры на Г С, и коэффициент рассеяния Н - мощность, рассеиваемая в терморезисторе прн разности температур терморезистора и окружающей среды в Г С.

Если выразить теплоемкость С в джоулях на ГС, а коэффициент рассеяния Я - в ваттах на ГС, то эти две величины будут связаны с постоянной времени т (в -секундах) следующим соотношением:

т = --. (9-17)

Коэффициент энергетической чувствительности G показывает, какую мощность необходимо рассеивать в терморезисторе для уменьшения его сопротивления на 1%. Эта величина однозначно связана с коэффициентом рассеяния Н и температурным коэффициентом сопротивления а:

(9-18)

Монность, не вызывающая заметного разогрева терморезистора - мощность, ограничивающая область малых нагрузок. В больщинстве случаев она не превышает 10 МВТ.

Статическое сопротивление термореэистора - отношение падения постоянного напряжения на терморезисторе к вызывающему его постоянному току в данной точке вольт-амперной характеристики:

Rcr = -j-- (9-19)

Динамическое или дифференциальное сопротивление терморезистора - отношение малого приращения постоянного напряжения к вызывающему его малому приращению постоянного тока в данной точке вольт-амперной характеристики;

Rb = lim

AU AI

dU dl

(9-201

т.. е. определяетсн крутизной вольт-амперной характеристики в данной точке.

Статическое и динамическое сопротивления совпадают в области малых нагрузок. Статическое сопротивление всегда положи тельно, а динамическое в области большйя

нагрузок может быть отрицательным (кривая 3 на рнс. 9-7).

Терморезисторы, предназначенные для стабилизации напряжения (характеристика 2 на рис 9-7), имеют малое динамическое сопротивление в области больших нагрузок, н их параметрами являются: номинальное напряжение Uhom, пределы рабочего тока /мин-/макс и Наибольшее изменение напряжения А ст (рис. 9-8).

Рис. 9-8. Вольт-ампериая характеристика терморезистора - стабилизатора напряжения.

Терморезисторы косвенного подогрева имеют независимый от собственно терморезистора подогреватель, который может вводиться в другую электрическую цепь, причем такой прибор может рассматриваться как электрически управляемое переменное сопротивление. Для таких терморезисторов наряду с холодным сопротивлением указывают величину сопротивления при максимально допустимой мощности подогрева. Обычно у терморезисторов с косвенным подогревом кратность изменения сопротивления бывает ие менее 20-30 раз.

Предельные режимы эксплуатации терморезисторов. Во избежание необратимого изменения характеристик терморезисторов предписываются ограниченный диапазон рабочих температур и предельная мощность, длительно рассеиваемая терморезистором. Для терморезисторов с косвенным подогревом оговаривается также максимальный рабочий ток через подогреватель. Для терморезисторов, рассчитанных на работу с развитием релейного эффекта при большом уровне мошности, указывается максимальное время (обычно 2 сек), в течение которого допускается пребывание терморезистора в таком режиме.

Варисторы

Приборы, изготовленные из полупроводникового материала (на основе порошка карбида кремния), сопротивление которых в значительной степени зависит от приложенного напряжения (тока), называются варисторами (нелинейным полупроводниковым сопротивлением НПС).

В отличие от терморезисторов варисторы обладают малоинерционной нелинейностью, причем нелинейность- выражается в

зависимости величины электрическогф ее-противления от мгновенного значения жа-пряжения (тока).

Это свойство варисторов связан е уменьшением контактного сопротивления между зернами карбида кремния под действием электрического поля. Таким образом, по мере повышения напряжения сей-ротивление варистора уменьшается. Свойства варистора не зависят от полярности приложенного напряжения (направления тока).

Такие варисторы называются симметричными, поскольку их вольт-амперная характеристика (рис. 9-9) симметрична относительно начала координат (несимметричными варисторами являются, например, но-лупроводниковые диоды, см. § 9-4).

При повышенных частотах переменного тока (порядка 1 кгц и выше) емкость, шунтирующая варистор, придает ему инерционность, нарушающую однозначную связь между мгновенными значениями напряжения и тока. При достаточно больших мощностях, рассеиваемых в варисторах, наблюдается дополнительное понижение сопротивления, обусловленное нагревом.

Как быстродействующие нелинейные сопротивления варисторы находят нриме-

Рис. 9-9. Вольт-амперная характеристика варистора в цепи тока низкой частоты (100 гц).

пение для защиты от перенапряжений, ис-крогашения, стабилизации напряжения, в качестве элементов функциональных преоб-разорателей и др. [Л. 13].

Статическая вольт-амперная характеристика (рис. 9-9) выражает зависимость тока через варистор от приложенного к нему напряжения. Получают ее осциллографиче-ским методом на переменном токе низкой частоты (50-100 гц).

При более высоких частотах вольт-амперная .характеристика приобретает форму гистерезисной петли (рис. 9-10).

Коэффициент нелинейности - отношение статического сопротивления к динамическому (дифференциальному) в данной точке вольт-амперной характерцтики:

/ dU

(9-21)

Dh представляет собой безразмерный параметр, значения которого зависят от приложенного напряжения. Эта зависимость выражается эмпирической формулой

(9-22)

где постоянная а нуждается в экспериментальном определении. Максимальные значения Р достигают 3-7.

Рис. 9-10. Вольт-амперная характеристика варисто-ра в цепи тока повышенной частоты (20 кгц).

Температурный коэффициент сопротивления имеет тот же смысл, что и для тер-морезнсторов (см. выше). Его величина имеет порядок ~0,5ГС.

Предельные режимы эксплуатации ва-ристоров регламентируются максимальными значениями рабочего напряжения, тока и мощности. Существующий ассортимент ва-ристоров охватывает диапазон максимальных напряжений от 10 в до нескольких де-. сятков киловольт и рабочих токов от десятых долей милиамперметра до единиц ампер.

Фоторезисторы

Полупроводниковые приборы поликристаллической структуры, электрическое сопротивление которых зависит от освещенности, называются фоторезисторами. Их действие основано на эффекте фотопроводимости, или внутреннем фотоэлектрическом эффекте. Этот эффект заключается в переходе электронов из валентной зоны или с примесных уровней в зону проводимости или из валентной зоны на примесные уровни за счет энергии фотонов, которая при этом должна равняться энергии активации £а соответствующего перехода или превосходить ее.

В представлениях квантовой механики последнее условие означает

(9-23)

где h = 6,62 10-27 эрг сек - постоянная Планка; v -частота электромагнитного облучения. Отсюда вытекает существование красной границы фотоэффекта - минимальной частоты, т. е. максимальной длины волны >.кр, способной вызвать фотоэффект. Красная граница внутреннего фотоэффекта у полупроводников, применяемых в совре-

менной технике, часто лежит в области инфракрасных лучей (Лкр порядка нескольких микрон), что позволяет их использовать в качестве датчиков инфракрасного излучения. По мере укорочения длины волны от Якр фотоэффект более или менее быстро затухает из-за усиленного поглощения света в поверхностном слое. Распространенные типы отечественных фоторезисто)ов изготовляются из сернистого свинца, сернистого кадмия и селенида кадмия. Они отличаются чрезвычайно высокой чувствительностью. Свойства фоторезисторов не зависят от полярности приложенного напряжения, что позволяет включать их в цепь переменного тока. Фоторезисторы обладают существенной инерционностью, ограничивающей их применение контролем сравнительно медленных изменений освещенности.

Статические вольт-амперные характеристики (рис. 9-11, а) выражают зависимость постоянного тока протекающего через фоторезистор, от приложенного напряжения при фиксированных значениях освещенности. Нижняя характеристика снимается в отсутствие освещения н соответствует темповому току /т. Верхние две характеристики показывают зависимость тока /ср для

Осдещеиность

Рис. 9-11. Основные характеристики фоторезисторов.

а - семейство статических вольт-амперных характеристик; 6 - световая характеристика.

различной освещенности. Вольт-амперные характеристики фоторезисторов линейны или близки к линейным.

Чувствительность S - отношение приращения фототока к вызывающему его приращению светового потока, падающего на фоторезистор в отсутствие нагрузки (U= =const). Обычно указывается интегральная чувствительность, измеряемая при освещении фоторезистора стандартной лампой накаливания с цветовой температурой 2 854° К. Поскольку фототок зависит еще от приложенного напряжения (рис. 9-11,а), причем чувствительность оказывается прямо пропорциональной напряжению, пользуются понятием удельной чувствительности Sy при напряжении 1 в. Таким образом, чувствительность фоторезистора при напряжении и составляет:

5 = 5уд6/.

(9-24)