1.4. Полупроводниковые приборы без р-n перехода

К приборам без p-n-перехода относятся полупроводниковые (ПП) на однородных полупроводниках, электропроводность которых эффективно меняется под действием теплового, светового, магнитного полей, либо механических напряжений [12]. Ранее уже рассмотрен фоторезистор с изменяющейся электропроводностью под действием светового излучения. Дадим краткую характеристику других, часто применяемых в информационно-измерительной технике и электронике, упомянутых элементов.

1.4.1. Терморезисторы

Наибольшее применение в практике находит терморезистор (рис.47), сопротивление которого эффективно уменьшается (в несколько десятков раз) при увеличении температуры подчиняясь экспоненциальной зависимости

(47)

где Ro – номинальное сопротивление при исходной температуре (обычно при 20°С), указываемой в справочниках;

(48)

B – коэффициент температурной чувствительности, зависящий от физико-химических свойств полупроводника, в К (кельвинах), у разных типов терморезисторов В = 700÷15800К; Т – любая температура в рабочем диапазоне 20÷150°С, в К.

Рис. 47. Конструкция терморезисторов: с бусинкой (а, б, д); в виде стержня (в); диска (г); пленок (е); 1 – бусинка; 2 – подводящие проводники; 3 – пленка; 4 – подложка из стекла, кварца или керамики

Рис. 48. Конструкция позистора: 1 – полупроводниковый элемент; 2 – электрод; 3 – вывод; 4 – защитное покрытие

При расчете режимов работе схем с терморезисторами используются вольтамперные характеристики (рис. 49–50) и параметры терморезисторов, основными на которых являются номинальное (холодное) сопротивление Ro (от нескольких Ом до нескольких сот кОм) и температурный коэффициент сопротивления ТКR (или ):

(49)

Рис. 49. Статические вольтамперные характеристики терморезистора при различных температурах

Рис. 50. Вольтамперная характеристика позистора

ТКR характеризует (часто в процентах) изменение абсолютной величины сопротивления при изменении температуры на 1°С. Для многих терморезисторов ТКR составляет (-0,008)÷(-0,006) 1/град.

Рис. 51. Зависимость TKR от температуры: 1 – для терморезисторов; 2 – для позисторов

На рис. 48 приведена конструкция, а на рис. 50 – вольтамперная характеристика терморезистора с положительным ТКR, называемого позистором, у которого, в отличие от обычного терморезистора, при увеличении температуры в узком интервале наблюдается резкое увеличение ТКR (рис. 51). Эти особенные свойства достигаются изготовлением позисторов из титаната бария, легированного специальными примесями, увеличивающими удельное сопротивление на несколько порядков в определенном интервале температур.

Терморезисторы чрезвычайно широко используются в инженерной практике в качестве датчиков температуры, в различных терморегуляторах и термометрах, в медицине для внутривенной термометрии, спектроскопии и контрольно-измерительной аппаратуре для измерения теплопроводности газов и жидкостей и т. д. В радиоэлектронной аппаратуре их используют для термостабилизации режима работы ряда элементов в ответственных узлах и в качестве ограничителей тока. Например, включение в цепь пары терморезистор-позистор или терморезистор-позистор или терморезистор (с отрицательным ТКR) – металлизированный резистор (с положительным ТКR) обеспечивает режим цепи почти не зависящим от температуры (рис. 52). За счет такого включения достигается температурная компенсация элементов цепи, тепловой контроль различных механизмов, пожарная сигнализация и т. д. В схеме рис. 53 позистор RK, включенный последовательно с сопротивлением нагрузки Rн, используется в качестве ограничителя тока. Когда сопротивление нагрузки падает ниже определенного значения, в цепи увеличивается ток и возрастает температура позистора. Сопротивление позистора при этом возрастает, что ограничивает ток в цепи нагрузки.

Рис. 52. Зависимость сопротивлений терморезистора и металлического резистора от температуры

Рис. 53. К пояснению принципа работы позистора