Полупроводниковый элемент; 2 – электрод; 3 – вывод; 4 – защитное покрытие

Существуют 2 группы терморезисторов: термисторы с уменьшением R и позисторы – с его увеличением при повышении температуры.

У термисторов один из основных параметров - температурный коэффици-ент сопротивления ТКR ( или α_t) отрицательный (сопротивление уменьша-ется), а у позисторов – положительный (R увеличивается):

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.

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

Резкое увеличение ТКR у позистора при увеличении температуры достигается изготовлением позисторов из титаната бария, легированного специальными примесями, увеличивающими удельное сопротивление на несколько порядков в определенном интервале температур.

Применение: 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 РЭА - для термостабилизации режима работы ряда элементов в ответственных узлах и в качестве ограничителей тока. В схеме (ниже) 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.

Варисторы

Варистором называется полупроводниковый резистор, сопротивление которого эффективно уменьшается под действием приложенного к нему напряжения, а ток, протекающий в цепи, нарастает.

Виды варисторов, схема включения (а) и типовая вольтамперная характеристика (б)

Увеличение электропроводимости варистора при возрастании напряжения обусловлена несколькими механизмами: замыканием кристаллов карбида кремния вследствие увеличения напряженности электрического поля; пробоем оксидных поверхностных пленок на кристаллах и нагревом контактирующих точек между кристаллами.

Схема включения варистора для защиты контактов и стабилизации напряжения

Применение: - самое разнообразное: защита высоковольтных линий и линий связи от атмосферных перенапряжений, приборы и элементы аппаратуры от перегрузок по напряжению, защита контактов от разрушения, а также ста-билизация напряжения. Нелинейная ВАХ позволяет получать малые изменения напряжения при больших изменениях тока или сопротивления нагрузки. Стабилизаторы такого типа стабилизируют анодное напряжение передающих и приемных трубок в телевидении. В связи с тем, что к.п.д. стабилизаторов на варисторах не высок, то их используют в слаботочных схемах в качестве источника опорного напряжения.

Тензорезисторы

Тензорезистором называется преобразователь линейной деформации в изменение активного сопротивления вследствие тензоэффекта.

Тензоэффект заключается в том, что при деформации кристаллической решетки полупроводника изменяются междуатомные расстояния, приводящие к изменению концентрации и подвижности носителей зарядов, а, следовательно, к изменению электропроводности (сопротивления).

Тензорезистор – это тонкая пластина или пленка из германия, кремния, арсенида или антимонида галлия, нанесенная на изолированную подложку с двумя выводами (рис. 58), где полупроводник используется как р-типа, так и n-типа, от этого зависит вид его деформационной характеристики, представляющей собой зависимость относительного изменения сопротивления ∆ R / R от относительной деформации ∆ l / l, где l – длина рабочего тела тензорезистора. Основными параметрами тензорезистора являются номинальное сопротивление R_ном =100 500 Ом и коэффициент тензочувствительности , значение которого для различных тензорезисторов лежит в пределах от –150 до +150.

Применение: в датчиках давлений, усилий, датчиках малых перемещений и крутящего момента, а также в преобразователях давления или механи-ческих напряжений в электрический сигнал, например, в магнитофонах и звукоснимателях. Тензорезистивный эффект используется также в более сложных полупроводниковых приборах с р-n переходом для увеличения тензочувствительности – тензодиодах, тензотранзисторах и тензотиристо-рах, рассмотренных в [8].

Рис. 58. Тензорезистор: а – устройство; б – условное графическое изображение

Рис. 59. Деформационная характеристика тензорезистора

Магниторезисторы

Магниторезистором называется полупроводниковый переменный резистор, увеличивающий сопротивление под действием магнитного поля вследствие магниторезистивного (гальваномагнитного) эффекта.

Магниторезистивный эффект заключается в том, что при протекании электрического тока вдоль пластины полупроводника, помещенной во внешнее поперечное магнитное поле, происходит искривление траектории носителей зарядов вследствие действия отклоняющей силы Лоренца, что приводит к удлинению пути, проходимого носителями между электродами, к которым приложено внешнее электрическое поле, что эквивалентно возрастанию удельного сопротивления полупроводника.

Магниторезистор представляет собой нанесенную на ферромагнитную изолированную подложку зигзагообразную дорожку малой ширины из полупроводника с высокой подвижностью носителей зарядов (например, бинарные элементы-антимонид и арсенид цинка и их смеси: ZnSb, ZnAs, ZnSb + NiSb, InSb + NiSb), имеющую сопротивление в пределах от единиц до тысяч Ом (рис. 60,а).

Рис. 60. Общий вид и графический символ магниторезистора (а)

и зависимость его сопротивления от индукции магнитного поля (б)

Основные параметры: сопротивление R₍₀₎ в отсутствие магнитного поля (от 5 до 1000 Ом); отношение , где R _{( B )} – сопротивление при наличии поперечного магнитного поля с индукцией В = 0,5–1 Тл (от 3 до 20 и более), температурный коэффициент сопротивления (ТКС и ТКR) – от 0,02 до 2 % / К ^-1, мощность рассеивания (до 0,25 Вт).

Применение: измерение магнитной индукции, преобразование постоянного тока в переменный, в усилителях и генераторах; чувствительные элементы бесконтактных переключателей и датчиков линейных перемещений, бес-контактные потенциометры и т.д.

Магниторезисторы имеют практически неограниченный срок службы (отсутствие подвижного контакта исключает механический износ резистора), отличается плавностью изменения сопротивления, отсутствием шумов, свойственных переменным резисторам с подвижным контактам.

Холлотроны (датчики Холла)

Холлотроном (датчиком Холла) называется полупроводниковый прибор, преобразующий индукцию внешнего магнитного поля в электрическое напряжение на основе эффекта Холла (Эдвин Холл, амер. физ. – 7.11.1855 – 20.11.1938 г.).

Эффект Холла заключается в том, что при протекании тока I_x вдоль плоской прямоугольной пластины из полупроводника (Ge, Se, GaAs, InSb и др.), поме-шенной в перпендикулярное току магнитное поле В, происходит искривление траекторий носителей заряда и их накопление на боковой грани пластины, вследствие чего возникает ЭДС Холла е_х = (КRB∙sinαI_x)/ h, где К – конструк-тивный коэффициент, зависящий от геометрии пластины; R – постоянная Холла (для полупроводников R≈10⁵ см³/Кл); В – индукция магнитного поля (Тл); h – толщина пластины; α – угол между плоскостью пластины и направлением .

Таким образом, в датчиках Холла, как и в магниторезисторах, используется один из видов гальваномагнитного явления.

Простейший датчик Холла (рис. 61) представляет собой тонкую пластину (или пленку) из полупроводника, укрепленную (напыленную) на прочной подложке из слюды, керамики или ферритов, с четырьмя электродами (1–4) для подведения электрического тока и съема ЭДС Холла.

Рис. 61. Структура и графическое изображение холлотрона

Применение: в качестве первичных измерительных преобразователей в магнитометрах, бесконтактных преобразователях постоянного тока в переменный и т. д. Один из типовых датчиков Холла ДХ-611 имеет размеры мм; токи питания как правило 1- 100 мА (зависят от величины входного сопротивления датчика), чувствительность может достигать 1000 мВ/Тл и более, рабочий диапазон температур от -270 °С до 200 °С. Кроме чувствительности одними из основных параметров датчиков Холла являются температурная зависимость чувствительности, входного сопротивления, начального выходного сигнала Uо.

Магниторезистивный эффект используется также в более сложных полупроводниковых приборах с р-n переходом, в частности, в магнитодиодах, чувствительность которых в 1000 раз больше, чем у датчиков Холла [8].

Следующая лекция будет посвящена базовым усилительным П-пр приборам – биполярному и полевому транзисторам

Подробная информация по теме лекций дается в нижеуказанном учебном пособии.

Дата добавления: 2015-07-07