Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом

Полупроводниковые объемные резисторы с большим температурным коэффициентом сопротивления, в которых снижение сопротивления с ростом температуры обусловлено либо увеличением концентрации носителей, либо увеличением их подвижности ц, а также фазовыми превращениями (рис. 6.20).

Для термисторов, изготовленных из ковалентных полупроводников (Ge, Si, карбид Si, соединения типа A^mB^v) отрицательный коэффициент сопротивления наблюдается в случае, когда имеет место собственная электропроводность либо частичная ионизация примеси.

Зависимость сопротивления полупроводника от температуры будет иметь вид.

где R* — постоянная, характеризующая материал и размеры термистора; В — коэффициент температурной чувствительности (который при неполной ионизации примеси и отсутствии компенсации равен АЕ_п/2к, для компенсированного полупроводника В ~ АЕ_п/к, а для собственной электропроводности В ~ АЕ/2к, АЕ, АЕ_П — ширина запрещенной зоны и энергия ионизации примеси; к — постоянная Больцмана.

Рис. 6.20. Полупроводниковый объемный резистор.

Основная масса термисторов выпускается из полукристаллических окисных полупроводников, смеси окислов (кобальта СТ1, СТЗ; меди ММТ и марганца КМТ), в которых преобладает ионная связь. В процессе образования окисла в одинаковых кристаллографических положениях оказываются ионы с разными зарядами. Это снижает энергию активации и практически все электроны (или дырки), которые могут переходить от одного иона к другому, являются свободными.

Подвижность носителей в окисном полупроводнике сравнительно низкая и экспоненциально возрастает с ростом температур. Поэтому зависимость R = / (Г) здесь такая же, как и у ковалентных полупроводников, но В характеризует здесь изменение подвижности носителей заряда, а не изменение их концентрации.

Если в окисных полупроводниках, в рабочем интервале температур реализуется условие фазовых превращений (например, V₂0₄, V₂0₃ при Т = 69-^110°С), то проводимость изменяется на несколько порядков.

Различают термисторы прямого подогрева (тепло выделяется при прохождении через них тока либо нагрев за счет изменения температуры определяющей среды) и косвенного подогрева (имеющие дополнительный источник тепла — подогреватель, это приборы типа СТ1— 21, СТЗ—27, СТЗ—31).

В связи с этим, и основные характеристики и параметры термисторов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления несколько различны.

Если для приборов прямого подогрева основной является температурная характеристика R = /(Т), то для приборов с косвенным подогревом — ВАХ /_т = f (U_m) при различных токах через подогреватель и подогревная характеристика R = / (Р_пад).

Указанные характеристики приведены на рис. 6.21.

Остальные параметры идентичные:

• — номинальное сопротивление (сопротивление при определенной температуре 20 °C; 25 °C, для KMT-14, СТ1—18, СТ1—19 при 150 °С) от нескольких ом до нескольких сотен килоом;
• — коэффициент температурной чувствительности В (лежит в пределах от 700 до 15 000 К), определяемый через измерение сопротивления при двух температурах

— температурный коэффициент сопротивления показывает относительное изменение сопротивления термистора при изменении температуры на один градус.

— постоянная времени — временной интервал, в течение которого температура прибора уменьшается в е раз (от 0,5 до 140 с).

Кроме того, термисторы с косвенным нагревом различаются по коэффициенту тепловой связи (отношение мощности, необходимой для разогрева термистора до некоторой температуры при прямом нагреве, и мощности, необходимой для разогрева до той же температуры при косвенном нагреве, т. е. путем пропускания тока через подогреватель).

Термисторы применяются в качестве чувствительных термометров и приборов для регулировки температуры, для компенсации температурных изменений (рамки стрелочных приборов) и стабилизации транзисторных схем и пр. Приборы с косвенным подогревом используются в основном в качестве резисторов переменной величины без скользящего контакта (дистанционное управление) для автоматического управления и регулирования радиотехнических и других технологических систем.