ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ РЕЗИСТОРЫ

 

Полупроводниковыми резисторами называют п-п приборы, принцип действия которых основан на свойствах полупроводников изменять свое сопротивление под действием t°, электромагнитного излучения, приложенного напряжения и других факторов. Они все имеют нелинейные ВАХ (из курса ТОЭ).

1. Терморезистор (термистор) – полупроводниковый прибор, сопротивление которого значительно изменяется при t°. Имеет вид диска, цилиндра, стержня, шайбы, бусинки. Обладает отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Типичная вольтамперная характеристика термистора показана на рисунке 1.16.

Начальный участок почти линеен, т. к. при малых токах Р мала и не влияет на его температуру (ОА). С ростом тока растет t°, его сопротивление уменьшается на участке ВС напряжение падает. Часто пользуются температурной характеристикой термистора R = f (t°).

Параметры:

1. Холодное сопротивление (при t = 20 °C)

2. Температурный коэффициент сопротивления (TKR) %.

3. T°_max, τ, P_max.

Применяют: для измерения и регулирования t°, термокомпенсации.

Маркировка: (1эл) СТ – резисторы (сопротивления) термочувствительные. Т и ТШ – резисторы измерительные, ТП – стабилизирующие, ТКП – регулируемые бесконтактные. (2эл) – цифра – тип полупроводника, 1 – кобальт-марганец, 2 – медно-марганцевые, 3 – медно-кобальт-марганцевые, 4 – кобальт-никель-марганец. (3эл) – номер конструкции.

СТ2-26, СТ4-15, ММТ-6, ТШ-2, ТКП – 450.

Рисунок 1.16 – ВАХ и температурная характеристика термистора

2. Позисторы – полупроводниковые термисторы с положительным температурным коэффициентом (титанат бария с примесями) – сопротивление увеличивается при увеличении t°.

Основная характеристика – ВАХ и температурная (рисунок 1.17).

Включая позистор последовательно и параллельно с резистором можно изменять форму характеристики. Параметры аналогичны параметрам термистора.

Применяют: для АРУ и температуры, термокомпенсации, в схемах ограничителей и стабилизаторов тока, для предохранительных приборов и устройств защиты от перегрева, в качестве бесконтактных переключающих элементов.

3. Варисторы – полупроводниковые резисторы (из карбида S_i) сопротивление которого зависит от приложенного напряжения.

I = f (U) – ВАХ варистора, нелинейная (рисунок 1.18).

Параметры:

1.

Рисунок 1.17 – ВАХ и температурная характеристика позистора

Статическое сопротивление при постоянных значениях тока и напряжения R_ст = U / I.

2. Динамическое сопротивление переменному току R_д = ∆U / ∆I

3. Коэффициент нелинейности– отношение статического сопротивления к динамическому в данной точке характеристики β = R_ст / R_д.

4. Показатель нелинейности.

5. U_max.имп. P_{расс. max}.

Рисунок 1.18 – ВАХ варистора

Применяют: для регулирования электрических величин, стабилизации токов и напряжений, для защиты элементов от перенапряжений.

Маркировка состоит из 4 элементов:

1эл – буква СН (сопротивление нелинейное);

2эл – цифра, тип п-п материала (1 – карбид S_i);

3эл – цифра, тип конструктивного выполнения (1 – стержневой, 2 - 3 -);

4эл – цифра, соответствует длине токоведущего элемента.

Например: СН1 -1, СН -3.

4. Тензорезистор – пластина или стержень из полупроводника, с омическими контактами, при деформации которого происходит изменение его удельного сопротивления.

Чаще всего используют при двух видах деформации: 1 – всестороннем сжатии, 2 – одностороннем сжатии или растяжении.

При одноосной деформации – нарушается симметрия кристалла, что приводит к искажению формы активных зон и изменению эффективной массы носителей заряда и к изменению концентрации заряда.

Один конец пластины закрепляется неподвижно, а на другой действует сила F. Для характеристики изменения сопротивления при деформации – коэффициент тензочувствительности.

m = =

- отношение относительного изменения сопротивления к относительной деформации в данном направлении (l – размер п-п в направлении деформации).

Для уменьшения влияния t° на величину сопротивления тензорезисторы изготавливают из примесных полупроводников.

m = 150 – 175 (для T_e и S_i)

5. Фоторезисторы – полупроводниковые приборы, электрическое сопротивление которого изменяется под действием светового потока (обычно R резко уменьшается).

Конструкция: светочувствительный элемент – прямоугольная или круглая таблетка, спрессованная из полупроводникового материала или тонкая пленка на стеклянной подложке с электродами с малым переходным сопротивлением (рисунок 1.19). (Наиболее применяемы фоторезисторы на основе сернистого и селенистого свинца, или кадмия).

Рисунок 1.19 – Конструкция фоторезистора

 

1. При отсутствии тока через фоторезистор течет темновой ток: I_T = , где - темновое сопротивление фоторезистора.

2. При освещении – световой ток: I_C = , I_Ф = I_C – I_T – первичный фототок.

Основные характеристики:

1. спектральная;

2. световая;

3. вольтамперная.

Принцип действия: при увеличении светового потока часть электронов проводимости сталкивается с атомами, ионизирует их и создает дополнительный поток электронов (возникает фототок проводимости).

1. Вольтамперная – зависимость фототока (или темнового тока) от приложенного напряжения при постоянном световом потоке. I_Ф (I_T) = f (U_Ф) = const – близка к линейной.

2. Световая – зависимость фототока от падающего светового потока постоянного спектрального состава.

3. Спектральная – зависимость чувствительности фоторезистора от длины волны светового излучения.

Рисунок 1.20 – Характеристики фоторезистора

 

Основные параметры:

1. Темновое сопротивление R_T, τ.

2. Темновой и световой токи.

3. Удельная чувствительность – отношение фототока к произведению светового потока на приложенное напряжение: K₀ = , где I_Фопр. при изменении освещенности от темноты до 200 лк.

4. Рабочее напряжение. Р_{max.расс.}

Маркировка: ФСК -1, ФСК – 2, ФСА – 6, СФЗ – 1.

Применение: в промышленной электронике, позволяет заменить зрение человека автоматически действующим прибором. В телевидении, фототелеграфии, сигнализации и связи в диапазоне инфракрасных волн и в схемах электронной автоматики.

6. Магниторезисторы – полупроводниковые резисторы, электрическое сопротивление которых существенно изменяется под действием магнитного поля.