Termistors (termistors) - cietvielu elektroniskais elements, kas izskatās kā pastāvīgs rezistors, bet kuram ir izteikta temperatūras raksturlielums... Šāda veida elektroniskās ierīces parasti izmanto, lai mainītu analogo izejas spriegumu, reaģējot uz apkārtējās vides temperatūras izmaiņām. Citiem vārdiem sakot, termistora elektriskās īpašības un darbības princips ir tieši saistītas ar fizisku parādību - temperatūru.

Termistors ir termojutīgs pusvadītāju elements, kura pamatā ir pusvadītāju metālu oksīdi. Parasti diska vai lodītes formā ar metalizētiem vai savienojošiem vadiem.

Šīs formas ļauj pretestības vērtībai mainīties proporcionāli nelielām temperatūras izmaiņām. Standarta rezistoriem pretestības izmaiņas no sildīšanas tiek uzskatītas par nevēlamu parādību.

Bet šķiet, ka tas pats efekts ir veiksmīgs, konstruējot daudzas elektroniskās shēmas kam nepieciešama temperatūras noteikšana.

Tādējādi, esot nelineāram elektroniska ierīce ar mainīgu pretestību termistors ir veiksmīgi piemērots darbam kā termistora sensors. Šāda veida sensorus plaši izmanto, lai kontrolētu šķidrumu un gāzu temperatūru.

Darbojoties kā cietvielu ierīce, kuras pamatā ir ļoti jutīgi metālu oksīdi, termistors darbojas molekulārā līmenī.

Valences elektroni kļūst aktīvi un reproducē negatīvu TCS vai pasīvu un pēc tam reproducē pozitīvo TCS.

Rezultātā elektroniskajām ierīcēm – termistori – ir ļoti laba reproducējamā pretestība, vienlaikus saglabājot veiktspējas raksturlielumus, kas ļauj tām produktīvi strādāt temperatūras diapazonā līdz 200ºC.

Termistoru izmantošana praksē

Lietošanas pamatvirziens iekšā šajā gadījumā ir pretestības temperatūras sensori. Tomēr šos pašus elektroniskos elementus, kas pieder pie rezistoru saimes, var veiksmīgi izmantot virknē ar citiem komponentiem vai ierīcēm.

Vienkāršas shēmas termistoru iekļaušana, kas parāda ierīču darbību kā temperatūras sensori- sava veida sprieguma pārveidotāji pretestības izmaiņu dēļ

Šī komutācijas ķēde ļauj kontrolēt strāvu, kas plūst caur komponentu. Tādējādi termistori faktiski darbojas arī kā strāvas ierobežotāji.

Termistori ir pieejami dažādos veidos, materiālos un izmēros atkarībā no reakcijas laika un darba temperatūras.

Ir hermētiskas ierīces modifikācijas, aizsargātas no mitruma iekļūšanas. Ir dizaini augstām darba temperatūrām un kompaktiem izmēriem.

Ir trīs visizplatītākie termistoru veidi:

• bumba,
• disks,
• iekapsulēts.

Ierīces darbojas atkarībā no temperatūras izmaiņām:

1. Lai samazinātu pretestības vērtību.
2. Lai palielinātu pretestības vērtību.

Tas nozīmē, ka ir divu veidu ierīces:

1. Negatīvs TCS (NTC).
2. Pozitīvs TCS (PTC).

Negatīvs TCS koeficients

NTC NTC termistori samazina savu pretestības vērtību, paaugstinoties āra temperatūrai. Parasti šīs ierīces biežāk izmanto kā temperatūras sensorus, jo tās ir ideāli piemērotas gandrīz jebkura veida elektronikai, kur nepieciešama temperatūras kontrole.

Salīdzinoši lielā NTC termistora negatīvā reakcija nozīmē, ka pat nelielas temperatūras izmaiņas var būtiski mainīt instrumenta elektrisko pretestību. Šis faktors padara NTC modeļus par ideāliem sensoriem. precīzs mērījums temperatūras.

Termistora kalibrēšanas (pārbaudes) shēma: 1 - barošanas avots; 2 - strāvas virziens; 3 - pārbaudīts elektroniskais elements - termistors; 4 - kalibrēšanas mikroampermetrs

NTC termistori, kas samazina pretestību, palielinoties temperatūrai, pēc konstrukcijas ir pieejami dažādās bāzes pretestībās. Parasti bāzes pretestība ir istabas temperatūrā.

Piemēram: 25ºC tiek ņemts par atsauces (bāzes) temperatūras punktu. No šejienes ierīču vērtības tiek veidotas, piemēram, no šādiem vērtējumiem:

• 2,7 kΩ (25ºC),
• 10 kΩ (25ºC)
• 47 kΩ (25ºC)…

Cits svarīga īpašība ir vērtība "B". "B" vērtība ir konstante, ko nosaka keramikas materiāls, no kura izgatavots termistors.

Tā pati konstante nosaka pretestības attiecības (R / T) līknes gradientu noteiktā temperatūras diapazonā starp diviem temperatūras punktiem.

Katram termistora materiālam ir atšķirīga materiāla konstante un līdz ar to individuāla pretestības un temperatūras līkne.

Tādējādi konstante "B" nosaka vienu pretestības vērtību pie bāzes T1 (25 ° C) un citu vērtību pie T2 (piemēram, pie 100 ° C).

Tāpēc B vērtība noteiks pastāvīgu termistora materiāla konstanti, ko ierobežo T1 un T2 diapazons:

B * T1/T2 (B * 25/100)

p.s. temperatūras vērtības aprēķinos tiek ņemtas Kelvina skalā.

No tā izriet, ka, ja konkrētai ierīcei ir vērtība "B" (no ražotāja parametriem), elektronikas inženierim būs tikai jāizveido temperatūru un pretestību tabula, lai izveidotu piemērotu grafiku, izmantojot šādu normalizētu vienādojumu:

B (T1/T2) = (T 2 * T 1 / T 2 - T 1) * ln (R1 / R2)

kur: T 1, T 2 - temperatūra Kelvina grādos; R 1, R 2 - pretestības atbilstošā temperatūrā omi.

Piemēram, NTK termistoram ar pretestību 10 kΩ B vērtība ir 3455 temperatūras diapazonā no 25 līdz 100ºC.

Acīmredzams punkts: termistori maina pretestību eksponenciāli, mainoties temperatūrai, tāpēc raksturlielums ir nelineārs. Vairāk kontroles punkti ir iestatīti, jo precīzāka ir līkne.

Izmantojot termistoru kā aktīvu sensoru

Tā kā ierīce ir aktīva tipa sensors, darbībai ir nepieciešams ierosmes signāls. Visas pretestības izmaiņas temperatūras izmaiņu dēļ tiek pārveidotas par sprieguma izmaiņām.

Nozare ražo dažādu dizainu termistorus, tostarp augstas precizitātes, droši aizsargātus izmantošanai augsta līmeņa sistēmās

Vienkāršākais veids, kā panākt šo efektu, ir izmantot termistoru kā daļu no potenciāla dalītāja ķēdes, kā parādīts attēlā zemāk. Rezistora un termistora ķēdei tiek pielikts pastāvīgs spriegums.

Piemēram, tiek izmantota ķēde, kurā 10 kΩ termistors ir savienots virknē ar 10 kΩ rezistoru. Šajā gadījumā izejas spriegums pie bāzes Т = 25ºC būs puse no barošanas sprieguma.

Tādējādi potenciāla dalītāja ķēde ir vienkārša pretestības-sprieguma pārveidotāja piemērs. Šeit termistora pretestību kontrolē temperatūra, kam seko temperatūrai proporcionālas izejas sprieguma vērtības veidošanās.

Vienkārši izsakoties: jo siltāks ir termistora korpuss, jo zemāks ir izejas spriegums.

Tikmēr, ja maināt sērijas rezistora R S un termistora R TH pozīciju, izejas sprieguma līmenis tiks mainīts. Tas ir, jo vairāk termistors uzsilst, jo augstāks būs izejas sprieguma līmenis.

Termistorus var izmantot arī kā daļu no pamata tilta konfigurācijas. Savienojums starp rezistoriem R1 un R2 iestata atsauces spriegumu līdz vajadzīgajai vērtībai. Piemēram, ja R1 un R2 ir vienādas pretestības vērtības, atsauces spriegums ir puse no barošanas sprieguma (V / 2).

Pastiprinātāja ķēde, kas veidota, izmantojot šo termozondes tilta ķēdi, var darboties kā ļoti jutīgs diferenciālais pastiprinātājs vai kā vienkārša Šmita sprūda ķēde ar pārslēgšanas funkciju.

Termistora iekļaušana tilta ķēdē: R1, R2, R3 - parastie fiksētie rezistori; Rт - termistors; A - mērīšanas ierīces mikroampermetrs

Radusies problēma ar termistoru (pašsasilšanas efekts). Šādos gadījumos jaudas izkliede I 2 R ir pietiekami augsta, lai radītu vairāk siltuma, nekā spēj izkliedēt ierīces korpuss. Attiecīgi šis “papildu” siltums ietekmē pretestības vērtību, kā rezultātā tiek iegūti kļūdaini rādījumi.

Viens veids, kā atbrīvoties no "pašsasilšanas" efekta un iegūt precīzākas pretestības izmaiņas no temperatūras ietekmes (R / T), ir piegādāt termistoru no pastāvīgas strāvas avota.

Termistors kā ieslēgšanas strāvas regulators

Instrumentus tradicionāli izmanto kā pretestības temperatūras jutīgus devējus. Taču termistora pretestība mainās ne tikai apkārtējās vides ietekmē, bet arī tiek novērotas izmaiņas no elektriskās strāvas, kas plūst caur ierīci. Tās pašas "pašsasilšanas" efekts.

Dažādas elektriskās iekārtas ar induktīvo komponentu:

• dzinēji,
• transformatori,
• elektriskās lampas,
• cits,

pirmo reizi ieslēdzot, ir pakļauti pārmērīgai ieslēgšanas strāvai. Tomēr, ja termistors ķēdē ir pievienots virknē, lielo sākotnējo strāvu var efektīvi ierobežot. Šis risinājums palīdz palielināt elektroiekārtu kalpošanas laiku.

Zema RTC termistori (pie 25 ° C) parasti tiek izmantoti ieslēgšanas strāvas regulēšanai. Tā sauktie strāvas (pārsprieguma) ierobežotāji maina pretestību uz ļoti zemu vērtību, plūstot slodzes strāvai.

Iekārtas sākotnējās ieslēgšanas brīdī palaišanas strāva iet caur aukstu termistoru, kura pretestības vērtība ir pietiekami liela. Slodzes strāvas ietekmē termistors uzsilst, pretestība lēnām samazinās. Tādā veidā tiek nepārtraukti regulēta slodzes strāva.

NTC termistori ir diezgan efektīvi, lai nodrošinātu aizsardzību pret nevēlamām lielām ieslēgšanas strāvām. Priekšrocība šeit ir tāda, ka šāda veida instrumenti spēj efektīvi apstrādāt lielākas ieslēgšanas strāvas nekā standarta rezistori.

Tagi:

Vārds "termistors" ir pats par sevi saprotams: TERMAIS RESISTORS ir ierīce, kuras pretestība mainās atkarībā no temperatūras.

Termistori lielākoties ir nelineāras ierīces, un tiem bieži ir lieli izkliedes parametri. Tāpēc daudzi, pat pieredzējuši inženieri un ķēžu dizaineri, strādājot ar šīm ierīcēm, saskaras ar neērtībām. Taču, iepazīstoties ar šīm ierīcēm, var redzēt, ka termistori patiesībā ir diezgan vienkāršas ierīces.

Pirmkārt, jāsaka, ka ne visas ierīces, kas maina pretestību ar temperatūru, sauc par termistoriem. Piemēram, pretestības termometri, kas ir izgatavoti no mazām vītā stieples tinumiem vai no apsmidzinātām metāla plēvēm. Lai gan to parametri ir atkarīgi no temperatūras, tie nedarbojas tāpat kā termistori. Parasti termins "termistors" tiek piemērots temperatūras jutīgumam pusvadītājs ierīces.

Ir divas galvenās termistoru klases: negatīvs TCR (temperatūras pretestības koeficients) un pozitīvs TCR.

Ir pieejami divi būtiski atšķirīgi PTC termistoru veidi. Daži ir izgatavoti kā NTC termistori, bet citi ir izgatavoti no silīcija. PTC termistori tiks īsi aprakstīti, koncentrējoties uz biežāk sastopamajiem NTC termistoriem. Tādējādi, ja nav īpašu norādījumu, mēs runāsim par termistoriem ar negatīvu TCS.

NTC termistori ir ļoti jutīgas, šaura diapazona, nelineāras ierīces, kuru pretestība samazinās, palielinoties temperatūrai. 1. attēlā parādīta līkne, kas parāda pretestības izmaiņas kā temperatūras funkciju un ir tipiska pretestības atkarība no temperatūras. Jutība ir aptuveni 4-5% / o C. Ir plašs pretestības reitingu diapazons, un pretestības izmaiņas var sasniegt daudzus omus un pat kiloomus uz grādu.

R R o

1. att NTC termistori ir ļoti jutīgi un tiem ir nozīmīgi

Grādi ir nelineāri. R apmēram var būt omi, kiloomi vai megoomi:

1-pretestības attiecība R / R apmēram; 2- temperatūra о С

Būtībā termistori ir pusvadītāju keramika. Tie ir izgatavoti uz metālu oksīdu (parasti niķeļa un mangāna oksīdu) pulveriem, dažreiz ar piedevu. neliels daudzums citi oksīdi. Pulverveida oksīdus sajauc ar ūdeni un dažādām saistvielām, lai iegūtu šķidru mīklu, kurai tiek piešķirta vajadzīgā forma un kura tiek apdedzināta temperatūrā virs 1000 ° C.

Tiek piemetināts vadošs metāla pārklājums (parasti sudrabs), un vadi ir savienoti. Gatavais termistors parasti ir pārklāts ar epoksīda vai stikla vai kādu citu apvalku.

No att. 2, var redzēt, ka ir daudz veidu termistoru.

Termistori ir disku un paplāksņu formā ar diametru no 2,5 līdz aptuveni 25,5 mm, dažāda izmēra stieņu formā.

Daži termistori vispirms tiek izgatavoti lielās plāksnēs un pēc tam sagriezti kvadrātos. Ļoti mazus lodīšu termistori tiek izgatavoti, tieši uzšaujot mīklas pilienu uz diviem augstas kušanas titāna sakausējuma vadiem, pēc tam iemērcot termistoru stiklā, lai izveidotu pārklājumu.

Tipiski parametri

Nav pilnīgi pareizi teikt "tipiski parametri", jo ir tikai daži tipiski parametri termistoriem. Daudziem termistoriem dažādi veidi, izmēri, formas, nominālvērtības un pielaides, ir tas pats liels skaits tehniskajiem nosacījumiem. Turklāt dažādu ražotāju termistori bieži vien nav savstarpēji aizvietojami.

Jūs varat iegādāties termistorus ar pretestību (pie 25 o C - temperatūra, pie kuras parasti nosaka termistora pretestību) no viena omi līdz desmit megaomiem vai vairāk. Pretestība ir atkarīga no termistora izmēra un formas, tomēr katram konkrētajam tipam pretestības rādītāji var atšķirties par 5-6 kārtām, ko panāk, vienkārši mainot oksīda maisījumu. Mainot maisījumu, mainās arī pretestības temperatūras atkarība (R-T līkne) un mainās stabilitāte augstās temperatūrās. Par laimi termistori ar augsta pretestība pietiekoši lietošanai augstā temperatūrā, mēdz būt arī stabilāki.

Lētiem termistoriem parasti ir diezgan plašas parametru pielaides. Piemēram, pieļaujamās vērtības pretestības pie 25 о С svārstās diapazonā no ± 20% līdz ± 5%. Augstākā vai zemākā temperatūrā parametru izkliede palielinās vēl vairāk. Tipiskam termistoram, kura jutība ir 4% uz grādu pēc Celsija, atbilstošās izmērītās temperatūras pielaides svārstās no aptuveni ± 5 ° līdz ± 1,25 ° C 25 ° C temperatūrā. Augstas precizitātes termistori tiks apspriesti vēlāk šajā rakstā.

Iepriekš tika teikts, ka termistori ir šaura diapazona ierīces. Tas ir jāprecizē: lielākā daļa termistoru darbojas diapazonā no -80 ° C līdz 150 ° C, un ir ierīces (parasti ar stikla pārklājumu), kas darbojas 400 ° C un augstākā temperatūrā. Tomēr praktiskos nolūkos termistoru augstā jutība ierobežo to lietderīgo temperatūras diapazonu. Tipiska termistora pretestība var mainīties 10 000 vai 20 000 reižu temperatūrā no –80 ° C līdz +150 ° C. Būtu grūti izveidot ķēdi, kas nodrošinātu precīzus mērījumus abos šī diapazona galos (ja vien netiek izmantota diapazona pārslēgšana). ). Termistora pretestība, nominālā pie nulles grādiem, nepārsniegs dažus omi pie

Lielākā daļa termistoru izmanto lodēšanu, lai iekšēji savienotu vadus. Acīmredzot šādu termistoru nevar izmantot, lai mērītu temperatūru virs lodmetāla kušanas punkta. Pat bez lodēšanas termistoru epoksīda pārklājums tiek uzturēts tikai temperatūrā, kas zemāka par 200 ° C. Augstākām temperatūrām jāizmanto termistori ar stikla pārklājumu ar metinātiem vai kausētiem vadiem.

Stabilitātes prasības ierobežo arī termistoru izmantošanu augstās temperatūrās. Termistoru struktūra sāk mainīties, pakļaujot to augstām temperatūrām, un izmaiņu ātrumu un raksturu lielā mērā nosaka oksīdu maisījums un termistora ražošanas metode. Dažas epoksīda pārklājuma termistoru novirzes sākas temperatūrā, kas pārsniedz 100 ° C. Ja šāds termistors nepārtraukti darbojas 150 ° C temperatūrā, tad novirzi var izmērīt par vairākiem grādiem gadā. Zemas pretestības termistori (piemēram, ne vairāk kā 1000 omi pie 25 ° C) bieži ir vēl sliktāki - to novirzi var pamanīt, darbojoties aptuveni 70 ° C temperatūrā. Un 100 ° C temperatūrā tie kļūst neuzticami.

Lētas ierīces ar lielām pielaidēm tiek ražotas, pievēršot mazāku uzmanību detaļām, un tās var dot vēl sliktākus rezultātus. No otras puses, dažiem pareizi izstrādātiem termistoriem ar stikla pārklājumu ir lieliska stabilitāte pat augstākās temperatūrās. Termistoriem ar stikla pārklājumu ir ļoti laba stabilitāte, tāpat kā nesen ieviestajiem disku termistoriem ar stikla pārklājumu. Jāatceras, ka dreifs ir atkarīgs gan no temperatūras, gan laika. Tā, piemēram, parasti ir iespējams izmantot termistoru ar epoksīda pārklājumu, īslaicīgi uzsildot līdz 150 ° C bez ievērojamas novirzes.

Izmantojot termistorus, jāņem vērā nominālvērtība. pastāvīga jaudas izkliede... Piemēram, nelielam ar epoksīda pārklājumu pārklātam termistoram klusā gaisā izkliedes konstante ir viens milivats uz grādu pēc Celsija. Citiem vārdiem sakot, viens milivats jaudas termistorā palielina tā iekšējo temperatūru par vienu grādu pēc Celsija, divi milivati ​​par diviem grādiem utt. Ja pieliekat viena volta spriegumu viena kilooma termistoram, kura izkliedes konstante ir viens milivats uz grādu pēc Celsija, jūs iegūstat mērījuma kļūdu vienu grādu pēc Celsija. Termistori izkliedē vairāk enerģijas, ja tie ir iegremdēti šķidrumā. Tas pats iepriekš minētais nelielais termistors ar epoksīda pārklājumu labi sajauktā eļļā izkliedē 8 mW / o C. Termistori ar liela izmēra ir konstanta izkliede labāka nekā mazas ierīces... Piemēram, termistors diska vai paplāksnes formā var izkliedēt gaisā jaudu 20 vai 30 mW / o C. Jāatceras, ka tāpat kā termistora pretestība mainās līdz ar temperatūru, mainās arī tā jaudas izkliede.

Termistora vienādojumi

Nav precīza vienādojuma, lai aprakstītu termistora uzvedību - ir tikai aptuveni. Apsveriet divus plaši izmantotus aptuvenos vienādojumus.

Pirmais aptuvenais vienādojums, eksponenciāls, ir diezgan apmierinošs ierobežotam temperatūras diapazoniīpaši izmantojot termistorus ar zemu precizitāti.

Pusvadītāju rezistorus, kuru pretestība ir atkarīga no temperatūras, sauc par termistoriem. Tiem piemīt ievērojams temperatūras pretestības koeficients, kura vērtība ir daudzkārt lielāka nekā metāliem. Tos plaši izmanto elektrotehnikā.

Uz elektriskās diagrammas termistori ir apzīmēti:

Dizains un darbība

Tiem ir vienkāršs dizains, un tiem ir dažādi izmēri un formas.

Pusvadītājos ir divu veidu brīvie lādiņnesēji: elektroni un caurumi. Pastāvīgā temperatūrā šie nesēji veidojas nejauši un pazūd. Vidējais brīvo nesēju skaits ir dinamiskā līdzsvarā, tas ir, nemainīgs.

Mainoties temperatūrai, tiek izjaukts līdzsvars. Ja temperatūra paaugstinās, tad palielinās arī lādiņnesēju skaits, un, temperatūrai pazeminoties, nesēju koncentrācija samazinās. Pusvadītāja pretestību ietekmē temperatūra.

Ja temperatūra tuvojas absolūtajai nullei, tad pusvadītājam ir dielektriķa īpašība. Spēcīgi sildot, tas ideāli vada strāvu. Termistora galvenā iezīme ir tā, ka tā pretestība visredzamāk ir atkarīga no temperatūras parastajā temperatūras diapazonā (-50 +100 grādi).

Populāri termistori tiek ražoti pusvadītāju stieņa veidā, kas ir pārklāts ar emalju. Tam ir pievienoti elektrodi un kontaktu vāciņi. Šie rezistori tiek izmantoti sausās vietās.

Daži termistori ir ievietoti metāla noslēgtā korpusā. Tāpēc tos var izmantot mitrās vietās ar agresīvu vidi.

Korpuss ir noslēgts ar skārdu un stiklu. Pusvadītāju stieņi ir ietīti metalizētā folijā. Strāvas pieslēgšanai tiek izmantots niķeļa vads. Nominālās pretestības vērtība ir 1-200 kOhm, darba temperatūra ir -100 +129 grādi.

Termistora darbības princips ir balstīts uz pretestības izmaiņu īpašībām no temperatūras. Ražošanā tiek izmantoti tīri metāli: varš un platīns.

Galvenie iestatījumi

• TCS- termiskais pretestības koeficients, ir vienāds ar ķēdes sekcijas pretestības izmaiņām, temperatūrai mainoties par 1 grādu. Ja TCS ir pozitīvs, tiek izsaukti termistori posistors(PTC termistori)... Un, ja TCS ir negatīvs, tad termistori(NTC termistori)... Pozistoros, paaugstinoties temperatūrai, pieaug arī pretestība, savukārt termistoros viss notiek otrādi.
• Nominālā pretestība Vai pretestības vērtība ir 0 grādi.
• Darbu klāsts... Rezistori tiek iedalīti zemas temperatūras (mazāk par 170 K), vidējas temperatūras (no 170 līdz 510 K), augstas temperatūras (vairāk nekā 570 K).
• Izkliedētā jauda ... Tas ir jaudas daudzums, kurā termistors darbības laikā to nodrošina dotie parametri atbilstoši tehniskajiem nosacījumiem.

Termistoru veidi un īpašības

Visi ražošanas temperatūras sensori darbojas pēc principa, kad temperatūra tiek pārveidota par elektriskās strāvas signālu, ko var pārraidīt lielā ātrumā lielos attālumos. Jebkuru daudzumu var pārvērst elektriskos signālos, pārvēršot tos ciparu kodā. Tie tiek pārraidīti ar augstu precizitāti un tiek apstrādāti ar datoriem.

Metāla termistori

Nevienus strāvas vadītājus nevar izmantot kā materiālu termistoriem, jo ​​termistoriem tiek izvirzītas dažas prasības. To izgatavošanas materiālam jābūt ar augstu TCR, un pretestībai jābūt atkarīgai no temperatūras saskaņā ar lineāro grafiku plašā temperatūras diapazonā.

Tāpat metāla vadītājam jābūt inertam pret ārējās vides agresīvo darbību un precīzi jāatveido raksturlielumi, kas ļauj mainīt sensorus bez īpašiem iestatījumiem un mērinstrumentiem.

Varš un platīns ir labi piemēroti šādām prasībām, ja neskaita to augstās izmaksas. Uz tiem balstītus termistorus sauc par platīnu un varu. TSP (platīna) termorezistences darbojas -260 - 1100 grādu temperatūrā. Ja temperatūra ir diapazonā no 0 līdz 650 grādiem, tad šādus sensorus izmanto kā paraugus un standartus, jo šajā intervālā nestabilitāte nepārsniedz 0,001 grādu.

Platīna termistoru trūkumi ietver nelineāro pārveidošanu un augstās izmaksas. Tāpēc precīzi parametru mērījumi ir iespējami tikai darbības diapazonā.

Plaši tiek izmantoti lēti TCM termistoru vara paraugi, kuros pretestības atkarības no temperatūras linearitāte ir daudz lielāka. To trūkums ir zemā pretestība un nestabilitāte pret augstām temperatūrām, ātra oksidēšanās. Šajā sakarā termoizturības uz vara bāzes ir ierobežotas, ne vairāk kā 180 grādi.

Platīna un vara sensoru montāžai tiek izmantota 2 vadu līnija ar attālumu līdz 200 metriem līdz ierīcei. Ja attālums ir lielāks, tad to izmanto, kur trešais vadītājs kalpo, lai kompensētu vadu pretestību.

No platīna un vara termistoru trūkumiem var atzīmēt to zemo darbības ātrumu. To termiskā inerce sasniedz vairākas minūtes. Ir termistori ar zemu inerci, kuru reakcijas laiks ir ne vairāk kā dažas sekundes desmitdaļas. Tas tiek panākts ar mazo sensoru izmēru. Šādas pretestības tiek ražotas no mikrovada stikla apvalkā. Šiem sensoriem ir zema inerce, tie ir hermētiski noslēgti un ir ļoti stabili. Ja tie ir mazi, tiem ir vairāku kΩ pretestība.

Pusvadītājs

Šādas pretestības sauc par termistoriem. Ja salīdzinām tos ar platīna un vara paraugiem, tad tiem ir paaugstināta jutība un negatīva TCR vērtība. Tas nozīmē, ka, paaugstinoties temperatūrai, rezistora pretestība samazinās. Termistoriem ir daudz vairāk TCS nekā platīna un vara sensoriem. Ar maziem izmēriem to pretestība sasniedz 1 megaomu, kas neļauj ietekmēt vadītāju pretestības mērījumus.

Temperatūras mērījumiem ļoti populāri ir kļuvuši termistori uz KMT pusvadītāju bāzes, kas sastāv no kobalta un mangāna oksīdiem, kā arī MMT termistori uz vara un mangāna oksīdu bāzes. Pretestības atkarība no temperatūras grafikā ir laba linearitāte temperatūras diapazonā -100 +200 grādi. Pusvadītāju termistoru uzticamība ir diezgan augsta, īpašībām ir pietiekama stabilitāte ilgu laiku.

To galvenais trūkums ir fakts, ka šādu termistoru masveida ražošanas laikā nav iespējams nodrošināt nepieciešamo to raksturlielumu precizitāti. Tāpēc viens atsevišķs rezistors atšķirsies no cita parauga, piemēram, tranzistoriem, kuriem no vienas partijas var būt dažādi pastiprinājumi, ir grūti atrast divus identiskus paraugus. Šis negatīvais brīdis rada vajadzību papildu pielāgošana aprīkojumu, nomainot termistoru.

Termistoru savienošanai parasti izmanto tilta ķēdi, kurā tilts tiek līdzsvarots ar potenciometru. Kad temperatūras ietekmē mainās rezistora pretestība, tiltu var novest līdzsvarā, regulējot potenciometru.

Šī metode manuāla iestatīšana izmanto mācību laboratorijās, lai demonstrētu darbu. Potenciometra regulators ir aprīkots ar skalu, kas ir graduēta grādos. Praksē, in sarežģītas shēmas mērījumus, šī regulēšana notiek automātiskajā režīmā.

Termistoru izmantošana

Temperatūras sensoru darbībā ir divi darbības režīmi. Pirmajā režīmā sensora temperatūru nosaka tikai apkārtējās vides temperatūra. Caur rezistoru plūstošā strāva ir maza un nespēj to uzsildīt.

2. režīmā termistoru silda ar plūstošu strāvu, un tā temperatūru nosaka siltuma pārneses apstākļi, piemēram, pūšanas ātrums, gāzes blīvums utt.

Diagrammās termistori (NTS) un rezistori (RTS) tiem ir attiecīgi negatīvi un pozitīvi pretestības koeficienti, un tos apzīmē šādi:

Termistora pielietojumi

• Temperatūras mērīšana.
• Sadzīves tehnika: saldētavas, fēni, ledusskapji utt.
• Automobiļu elektronika: dzesēšanas antifrīza, eļļas mērīšana, izplūdes gāzu kontrole, bremžu sistēmas, temperatūra salonā.
• Kondicionieri: siltuma sadale, telpas temperatūras kontrole.
• Durvju bloķēšana apkures ierīcēs.
• Elektroniskā rūpniecība: lāzera un diožu temperatūras stabilizācija, kā arī spoļu vara tinumi.
• V Mobilie tālruņi lai kompensētu apkuri.
• Motoru palaišanas strāvas ierobežošana, apgaismojuma lampas,.
• Šķidruma uzpildes kontrole.

Pozistoru izmantošana

• Aizsardzība pret dzinējiem.
• Pārstrāvas aizsardzība pret pārplūdi.
• Lai aizkavētu pārslēgšanas barošanas avotu ieslēgšanās laiku.
• Datoru monitori un TV attēla lampas atmagnetizēšanai un krāsu nelīdzenumu novēršanai.
• Ledusskapju kompresoru starteros.
• Transformatoru un motoru termiskā bloķēšana.
• Informācijas uzglabāšanas ierīces.
• Kā karburatoru sildītāji.
• Sadzīves ierīcēs: durvju aizvēršana veļas mašīna, matu žāvētājos utt.

Pusvadītāju termiskās pretestības. Termistori. Termistori. Darbības princips un raksturlielumi

Pusvadītāju termistoru pamati, to veidi, specifikācijas, pretestības temperatūras atkarības grafiks.

Pusvadītāju pretestības ievērojamā atkarība no temperatūras ļāva izstrādāt jutīgus termistorus (termistorus, termistorus), kas ir lielapjoma pusvadītāju pretestības ar lielu temperatūras pretestības koeficientu. Atkarībā no mērķa termistori ir izgatavoti no vielām ar dažādām pretestības vērtībām. Termistoru ražošanai var izmantot pusvadītājus gan ar elektroniskiem, gan caurumvadīšanas mehānismiem un tīras vielas. Galvenie termistora vielas parametri, kas nosaka tās kvalitāti, ir: temperatūras koeficienta vērtība, ķīmiskā stabilitāte un kušanas temperatūra.

Lielākā daļa termistoru veidu uzticami darbojas tikai noteiktos temperatūras diapazonos. Jebkura pārkaršana virs normas negatīvi ietekmē termistoru (termisko pretestību), un dažreiz tā var pat izraisīt tā nāvi.

Lai pasargātu no apkārtējās vides un galvenokārt gaisa skābekļa kaitīgās ietekmes, termistori dažreiz tiek ievietoti cilindrā, kas piepildīts ar inertu gāzi.

Termistora uzbūve ir ļoti vienkārša. Pusvadītāja gabalam tiek piešķirta vītnes, stieņa, taisnstūra plāksnes, lodītes vai citas formas forma. Termistora pretējās daļās ir uzstādīti divi vadi. Termistora omiskās pretestības vērtība, kā likums, ir ievērojami augstāka par citu ķēdes elementu pretestības vērtībām un, pats galvenais, krasi atkarīga no temperatūras. Tāpēc, strāvai plūstot ķēdē, tās lielumu galvenokārt nosaka termistora omiskās pretestības lielums vai galu galā tā temperatūra. Paaugstinoties termistora temperatūrai, strāva ķēdē palielinās, un, gluži pretēji, temperatūrai pazeminoties, strāva samazinās.

Termostatu var sildīt, pārnesot siltumu no apkārtējās vides, ģenerējot siltumu pašā termistorā, kad caur to iet elektriskā strāva, vai, visbeidzot, izmantojot īpašus sildīšanas tinumus. Termistora sildīšanas metode ir tieši saistīta ar tā praktisko izmantošanu.

Termistora pretestība ar temperatūras izmaiņām var mainīties trīs kārtās, t.i., 1000 reizes. Tas ir raksturīgi termistoriem, kas izgatavoti no slikti vadošiem materiāliem. Augstas elektrovadītspējas vielu gadījumā attiecība ir robežās no desmit.

Jebkuram termistoram ir termiskā inerce, kas dažos gadījumos spēlē pozitīvu lomu, citos tam vai nu praktiski nav vērtības, vai arī tas negatīvi ietekmē un ierobežo termistoru izmantošanas diapazonu. Termiskā inerce izpaužas faktā, ka uzkarsējamais termistors neuzņem sildītāja temperatūru uzreiz, bet tikai pēc kāda laika. Termistora termiskās inerces raksturlielums var būt tā sauktā laika konstanteτ ... Laika konstante ir skaitliski vienāda ar laiku, kurā termistors, kas iepriekš bija 0 ° C temperatūrā un pēc tam tika pārvietots uz vidi ar temperatūru 100 ° C, samazinās savu pretestību par 63%.

Lielākajai daļai pusvadītāju termistoru pretestības atkarība no temperatūras ir nelineāra (1. att., A). Termistora termiskā inerce maz atšķiras no dzīvsudraba termometra inerces.

Normālas darbības laikā termistoru parametri laika gaitā mainās maz, un tāpēc to kalpošanas laiks ir diezgan ilgs un, atkarībā no termistora markas, svārstās intervālā, kura augšējo robežu aprēķina vairākus gadus.

Piemēram, īsumā apsveriet trīs termistoru veidus (termisko pretestību): MMT-1, MMT-4 un MMT-5.

1. attēlā (B) parādīta šo termistoru pamatstruktūra un konstrukcija. Termistors MMT-1 no ārpuses ir pārklāts ar emaljas krāsu un paredzēts darbam sausās telpās; termistori MMT-4 un MMT-5 ir uzstādīti metāla kapsulās un noslēgti. Tāpēc tie nav pakļauti kaitīgai vides ietekmei, ir paredzēti darbam jebkāda mitruma apstākļos un var atrasties pat šķidrumos (neiedarbojoties uz termistora korpusu)

Termistoru omiskā pretestība ir diapazonā no 1000 līdz 200 000 omi 20 ° C temperatūrā, un temperatūras koeficientsα apmēram 3% uz 1 ° C. 2. attēlā parādīta līkne, kas parāda termistora omiskās pretestības procentuālās izmaiņas atkarībā no tā temperatūras. Šajā grafikā sākotnējā vērtība tiek ņemta par pretestību 20 ° C temperatūrā.

Aprakstītie termistoru veidi ir paredzēti darbam temperatūras diapazonā no -100 līdz + 120 ° C. To pārkaršana ir nepieņemama.

Šāda veida termiskās pretestības (termistori, termistori) ir ļoti stabilas, tas ir, tie saglabā savu "auksto" pretestību praktiski nemainīgu, kuras vērtība tiek noteikta 20 ° C temperatūrā ļoti ilgu laiku. MMT tipa termistoru augstā stabilitāte nosaka to ilgo kalpošanas laiku, kas, kā norādīts pasē, to normālā darbībā ir praktiski neierobežots. MMT tipa termiskajiem rezistoriem (termistori, termistori) ir laba mehāniskā izturība.

Attēlos: dažu termistoru konstrukcija, termistora pretestības raksturīgā temperatūras atkarība.

Termistors ir pusvadītāju sastāvdaļa ar no temperatūras atkarīgu elektrisko pretestību. To 1930. gadā izgudroja zinātnieks Semjuels Rubens, un līdz mūsdienām šo komponentu atrod visplašāko pielietojumu tehnoloģijā.

Termistori ir izgatavoti no dažādiem materiāliem, kas ir diezgan augsti - tie ir ievērojami pārāki par metālu sakausējumiem un tīriem metāliem, tas ir, no īpašiem, specifiskiem pusvadītājiem.

Tieši galveno pretestības elementu iegūst ar pulvermetalurģijas palīdzību, apstrādājot halkogenīdus, halogenīdus un atsevišķu metālu oksīdus, piešķirot tiem dažādas formas, piemēram, dažāda izmēra disku vai stieņu formu, lielas paplāksnes, vidējas caurules, plānas plāksnes. , mazas krelles, kuru izmērs svārstās no dažiem mikroniem līdz desmitiem milimetru ...

Pēc elementa pretestības un tā temperatūras korelācijas rakstura, tie sadala termistorus divās lielās grupās - pozistoros un termistoros... Pozistoriem ir pozitīvs TCS (šī iemesla dēļ posistorus sauc arī par PTC termistoriem), bet termistoriem - negatīvs (tāpēc tos sauc par NTC termistoriem).

Termistors - no temperatūras atkarīgs rezistors, izgatavots no pusvadītāju materiāla ar negatīvu temperatūras koeficientu un augstu jutību, posistors -no temperatūras atkarīgs rezistors ar pozitīvu koeficientu.Tātad, paaugstinoties posistora korpusa temperatūrai, palielinās arī tā pretestība, un, palielinoties termistora temperatūrai, tā pretestība attiecīgi samazinās.

Mūsdienās termistoru materiāli ir: pārejas metālu, piemēram, kobalta, mangāna, vara un niķeļa, polikristālisko oksīdu maisījumi, IIIIBV tipa savienojumi, kā arī leģēti stiklveida pusvadītāji, piemēram, silīcijs un germānija, un dažas citas vielas. Ievērības cienīgi ir cietā šķīduma pozistori, kuru pamatā ir bārija titanāts.

Termistorus var plaši iedalīt:

Zemas temperatūras klase (darba temperatūra zem 170 K);

Vidēja temperatūras klase (darba temperatūra no 170 K līdz 510 K);

Augstas temperatūras klase (darba temperatūra no 570 K un augstāka);

Atsevišķa klase augsta temperatūra (darba temperatūra no 900 K līdz 1300 K).

Visi šie elementi, gan termistori, gan pozistori, var darboties dažādos klimatiskos ārējos apstākļos un pie ievērojamām fiziskām ārējām un strāvas slodzēm. Tomēr smagos termocikliskos režīmos to sākotnējie termoelektriskie raksturlielumi, piemēram, nominālā pretestība istabas temperatūrā un pretestības temperatūras koeficients, laika gaitā mainās.

Ir arī kombinēti komponenti, piemēram termistori ar netiešā apkure ... Šādu ierīču korpusos ir pats termistors un galvaniski izolēts sildelements, kas nosaka termistora sākotnējo temperatūru un attiecīgi tā sākotnējo elektrisko pretestību.

Šīs ierīces tiek izmantotas kā mainīgi rezistori, kurus kontrolē spriegums, kas tiek pievadīts termistora sildelementam.

Atkarībā no tā, kā tiek izvēlēts konkrētas sastāvdaļas I - V raksturlieluma darbības punkts, tiek noteikts arī termistora darbības režīms ķēdē. Un pats VAC ir saistīts ar dizaina iezīmes un ar temperatūru, kas piemērota komponenta korpusam.

Lai kontrolētu temperatūras svārstības un kompensētu dinamiski mainīgus parametrus, piemēram, strāvas plūsmu un pievadīto spriegumu elektriskās ķēdes kas mainās pēc temperatūras apstākļu izmaiņām, tiek izmantoti termistori ar darbības punktu, kas iestatīts I - V raksturlīknes lineārajā griezumā.

Bet darbības punkts tradicionāli tiek iestatīts uz I - V raksturlīknes (NTC termistori) krītošā posma, ja termistoru izmanto, piemēram, kā palaišanas ierīci, laika releju, sistēmā intensitātes uzskaitei un mērīšanai. mikroviļņu starojums, ugunsgrēka signalizācijas sistēmās, iekārtās beztaras cieto vielu un šķidrumu plūsmas kontrolei.

Populārākais šodien vidējas temperatūras termistori un pozistori ar TCS no -2,4 līdz -8,4% uz 1 K... Tie darbojas plašā pretestības diapazonā no omiem līdz megaomiem.

Ir pozistori ar salīdzinoši zemu TCR no 0,5% līdz 0,7% uz 1 K, kas izgatavoti uz silīcija bāzes. To pretestība mainās gandrīz lineāri. Šādi pozistori tiek plaši izmantoti temperatūras stabilizācijas sistēmās un jaudas pusvadītāju slēdžu aktīvās dzesēšanas sistēmās dažādās modernās elektroniskās ierīcēs, īpaši jaudīgās. Šīs sastāvdaļas viegli iekļaujas ķēdēs un neaizņem daudz vietas.

Tipisks posistors ir keramikas diska formā, dažkārt vairāki elementi tiek uzstādīti sērijveidā vienā korpusā, bet biežāk - vienā versijā aizsargājošā emaljas pārklājumā. Pozistorus bieži izmanto kā drošinātājus, lai aizsargātu elektriskās ķēdes no pārsprieguma un strāvas, kā arī temperatūras sensorus un automātiskās stabilizācijas elementus to vienkāršības un fiziskās stabilitātes dēļ.

Termistori tiek plaši izmantoti daudzās elektronikas jomās, īpaši tur, kur svarīga ir precīza temperatūras procesa kontrole. Tas attiecas uz datu pārraides iekārtām, datortehnoloģijas, augstas veiktspējas centrālais procesors un augstas precizitātes rūpnieciskās iekārtas.

Viens no vienkāršākajiem un populārākajiem termistoru lietojumu piemēriem ir efektīva ieslēgšanas strāvas ierobežošana. Brīdī, kad no tīkla barošanas avotam tiek pielikts spriegums, rodas ārkārtīgi strauja ievērojama jauda, ​​un primārajā ķēdē plūst liela uzlādes strāva, kas var izdegt diodes tiltu.

Šī strāva ir šeit, un to ierobežo termistors, tas ir, šī ķēdes sastāvdaļa maina savu pretestību atkarībā no strāvas, kas iet caur to, jo saskaņā ar Oma likumu tas uzsilst. Pēc dažām minūtēm termistors atjauno sākotnējo pretestību, tiklīdz tas atdziest līdz istabas temperatūrai.