Тема 2. Напівпровідникові резистори
Класифікація та умовне позначення напівпровідникових резисторів
Тип резисторів
Умовне позначення
Лінійні резистори
Варістори
Терморезистори:
термістори, позистор
Тензорезистори
Фоторезистори
Перші дві групи напівпровідникових резисторів вВідповідно до цієї класифікації - лінійні резистори і варистори - маютьелектричні характеристики, слабо залежні від зовнішніх факторів: температуринавколишнього середовища, вібрації, вологості, освітленості та ін Для решти групнапівпровідникових резисторів, навпаки, характерна сильна залежність їхелектричних характеристик від зовнішніх факторів. Так, оглядтерморезисторів істотно залежать від температури, характеристикитензорезисторів - від механічних напруг.
Розглянемо докладніше різновидинапівпровідникових резисторів.
Варістори
Варистор - це напівпровідниковийрезистор, опір якого залежить від прикладеної напруги і,володіє нелінійної симетричною вольт - амперної характеристикою (ВАХ).
Варістори виготовляють методомкерамічної технології, тобто шляхом високотемпературного випалу заготовки зпорошкоподібного карбіду кремнію SiC зі сполучноюречовиною, в якості якого використовують глину.
Зовні варистори оформляються ввигляді стрижнів або дисків.
Нелінійність вольт - амперноїхарактеристики варисторів обумовлена ​​явищами на точкових контактах міжкристалами карбіду кремнію: збільшення в сильних електричних поляхпровідності поверхневих потенційних бар'єрів (при малих напругах) ізбільшення провідності точкових контактів між кристалами через розігріву взв'язку з виділяється на контактах потужністю (при великих напругах наваристорі).
Оскільки товщина поверхневихпотенційних бар'єрів на кристалах карбіду кремнію мала, там можуть виникатисильні електричні поля навіть при малих напругах на варисторі, щопризводить до тунелювання носіїв заряду крізь потенційні бар'єри. Такимчином, при малих напругах на варисторі нелінійність ВАХ пов'язана ззалежністю провідності поверхневих потенційних бар'єрів від величининапруги.
При великих напругах наваристорі і відповідно, при великих струмах, що проходять через варистор,щільність струму в точкових контактах виявляється дуже великий. Все напруга,прикладена до варистора, падає на точкових контактах. Тому уд. потужність (потужністьв одиниці об'єму), що виділяється в точкових контактах призводить до зменшеннязагального опору варистора і нелінійності ВАХ.
Основні параметри варисторів:
коефіцієнт нелінійності,визначається як відношення опору постійному струму (статичного) R до опору змінному струму (диференціальному) r:
, (2.1)
де U і I - напруга і струм варистора.
Для різних типів варисторів l = 2 ... 6;
максимальне допустименапруга U max доп (від десятківвольт до декількох кіловольт);
номінальна потужність розсіювання Р ном (1 ... 3Вт);
температурний коефіцієнтопору ТКС (в середньому 5 Г— 10 -3 До - );
гранична максимальна робочатемпература (60 В° ... 70 В° С).
Величина ТКС характеризуєвідносна зміна опору резистора при зміні температури на 1 В° К.
Рисунок 2.1 - Вольт - ампернахарактеристика варистора
Область застосування варисторів: варисториможна використовувати на постійному і змінномуструмі з частотою до декількох кілогерц. Вони використовуються для захисту відперенапруг, в стабілізаторах і обмежниках напруги, в різних схемахавтоматики.
Терморезистори
Терморезистори - ценапівпровідникові резистори, в яких використовується залежність електричногоопору напівпровідника від температури.
Розрізняють два типитерморезисторів: термістор, опір якого із зростанням температури падає(З негативним температурним коефіцієнтом опору ТКС), і позистор, уякого опір з підвищенням температури зростає (з позитивним ТКС).
У термисторах (прямого підігріву)опір змінюється або під впливом тепла, що виділяється в них припроходженні електричного струму, або в результаті зміни температуритермістора при зміні теплового опромінення термістора (наприклад, призміні температури навколишнього середовища).
Зменшення опорунапівпровідника зі збільшенням температури може бути обумовлено наступнимипричинами - збільшенням концентрації носіїв заряду і збільшенням їхрухливості.
Основна частина термісторів,випускаються промисловістю, виготовлена ​​з полікристалічних окіснихнапівпровідників - з оксидів металів.
Конструктивно термісториоформляють у вигляді: циліндрів, стрижнів, дисків, пластин або бусинок і отримуютьметодами керамічної технології, тобто шляхом випалу заготовок при високійтемпературі.
Матеріалом для виготовленняпозісторов служить титан - барієва кераміка з домішкою рідкоземельних елементів.Такий матеріал володіє аномальної температурної залежністю: у вузькомудіапазоні температур (діапазоні температур вище точки Кюрі) його питомий опірзбільшується на кілька порядків зі збільшенням температури.
Конструктивно позистороформляють аналогічно термістори.
Основні параметри термісторів:
номінальний опір - цейого опір при певній температурі (зазвичай 20 0 С) (віддекількох Ом до декількох кОм з допустимим відхиленням від номінальногоопору В± 5, В± 10 і В± 20%);
температурний коефіцієнтопору терморезистора показує відносну зміну опорутерморезистора при зміні температури на один градус:
(2.2)
Температурний коефіцієнтопору залежить від температури, тому його записують з індексом,вказуючим температуру, при якій має місце дане значення.
Значення ТКС при кімнатнійтемпературі різних термісторів знаходяться в межах (0,8 ... 6,0) 10 -2 До -1 ;
максимально допустиматемпература - це температура, при якій ще не відбувається незворотнихзмін параметрів і характеристик терморезистора;
допустима потужність розсіювання - цепотужність, при якій терморезистор, що знаходиться в спокійному повітрі притемпературі 20 0 С, розігрівається при проходженні струму до максимальнодопустимої температури;
постійна часутерморезистора - це час, протягом якого температура терморезисторазменшується в е раз по відношенню до різниці температур терморезистора інавколишнього середовища (наприклад, при перенесенні терморезистора з повітряного середовища з t = 120 0 Cв повітряне середовище з t = 20 0 C).
Теплова інерційністьтерморезистора, яка характеризується його постійної часу, визначаєтьсяконструкцією і розмірами і залежить від теплопровідності середовища, в якій знаходитьсятерморезистор.
Для різних типів термісторівпостійна часу лежить в межах від 0,5 до 140с.
Температурна характеристикатерморезистора - це залежність його опору від температури.
Рисунок 2.2 - Температурніхарактеристики терморезисторів: 1 - термістор; 2 - позистор
Терморезистори (термістори іпозистор) застосовують для температурної стабілізації режиму транзисторнихпідсилювачів, а також в різних пристроях вимірювання, контролю та автоматики (вимірюванняконтролю та автоматичного регулювання температури, температурної і пожежноїсигналізації та ін.)
Тензорезистори
тензорезисторів - це напівпровідниковийрезистор, в якому використовується залежність електричного опору відмеханічної деформації.
Призначення - вимір тисківі деформацій.
Принцип діїнапівпровідникового тензорізістора заснований на тензорезистивного ефекту - назміні електричного опору напівпровідника під дієюмеханічних деформацій.
Для виготовлення тензорезисторівнайчастіше використовують кремній з електропровідністю n -і p-типів. Заготовки такого кремнію ріжуть на дрібніпластинки, шліфують, наносять контакти і приєднують висновки.
Основні параметритензорезисторів:
номінальний опіртензорезистора - це опір без деформації при t = 20 0 C (зазвичай воно маєвеличину від декількох десятків до декількох тисяч Ом);
коефіцієнттензочутливості - відношення відносної зміни опору довідносному зміни довжини тензорезистора:
.(2.3)
Для різних тензорезисторів Долежить в межах від -100 до +200;
гранична деформаціятензорезистора.
деформаційних характеристик -це залежність відносної зміни опору тензорезистора відвідносної деформації.
Малюнок 2.3 - Деформаційніхарактеристики тензорезисторів з кремнію з електропровідністю р - і n - типів
