Параметры термисторов

Нестандартный подход к стандартной характеристике NTC-термисторов

В начале статьи говорилось, что температурная зависимость сопротивления термистора точно описывается выражением (1), однако опытным путем было установлено, что эта же характеристика может быть не менее точно воспроизведена следующим полиномом:

где r(T) — сопротивление терморезистора при температуре Т; А0, А1, А2 … Аn — некие коэффициенты, зависящие лишь от свойств материалов, которые используются при в изготовлении термистора.

Казалось бы, это нисколько не упрощает представление о поведении температурной характеристики термистора, а наоборот — ведет к усложнению из-за переноса температуры в знаменатель и бесконечного числа возможных коэффициентов. Но как показала обработка этой математической модели на «живых» образцах, практически любой термистор можно описать с помощью семи первых членов полинома, так как вклад последующих составляющих в конечное значение сопротивления незначителен:

Тогда, переходя к термопроводимости, мы получим:

где r(T) — сопротивление, кОм; g(T) — проводимость, мСм.

Такая зависимость имеет ряд преимуществ перед экспоненциальной при ее использовании в целях линеаризации характеристики с помощью математического моделирования. Для наглядного представления рассмотрим применение этой зависимости на стандартной R(T) характеристике терморезистора В57861 (S861) с номинальным сопротивлением 10 кОм.

Из представленных данных (табл. 2, рис. 1) видно, что разница между значениями сопротивлений, которые предоставляет производителем в виде табличной характеристики № 8016 , и значениями термосопротивлений, полученными с помощью математической модели, не значительна и не превышает 0,1%, что позволяет в дальнейших математических расчетах пренебречь этими отклонениями. Коэффициенты математической модели, с помощью которых получены расчетные данные, равны:

Рис. 1. Температурная зависимость терморезистора B57861 (S861)

Таблица 2. Характеристика терморезистора В57861 (S861)

Сразу же оговоримся, что представленные коэффициенты подходят только для указанного температурного диапазона и табличной характеристики 8016 NTC-термисторов компании Epcos. Номинальное сопротивление терморезистора в этом случае не имеет значения. Кроме того, ограниченность температурного диапазона не обусловлена невозможностью описания с помощью математической модели, а связана с конкретным применением, для которого проводились эти расчеты.

Последующим этапом реализации практического применения полиноминального представления характеристики термосопротивления является воспроизведение зависимости (12), для чего оказалось достаточным и удобным использование операционного усилителя (ОУ) в неинвертирующей схеме включения (рис. 2).

Рис. 2. Преобразователь R(T) U(T)

Указанная схема будет иметь следующую выходную характеристику:

графическое построение которой представлено на рис. 3.

Рис. 3. Графическое представление линеаризации температурной характеристики

Масштаб координатной сетки температурной зависимости U(T) можно легко менять с помощью резистора обратной связи ROC и резистивного делителя опорного напряжения UREF, состоящего из резисторов R1 и R2. Соответственно, преобразователь R(Т) U(T) с поставленной задачей справляется.

Расчет, подбор термисторов NTC

Определяют, какой именно терморезистор подходит по кривым R/T, по создаваемым графикам и таблицам значений R-T, по формулам. Процедура сложная, есть целые брошюры и отдельные статьи, поэтому укажем лишь основы.

Лучшей, хотя и сложной, из формул расчетов является таковая «Стейнхарта (Штейнхарта) — Харта»:

Исчисления обычно делают фанаты радиоэлектроники и специалисты, особенно для самоделок. Проще будет подобрать элемент с аналогичной спецификацией, а также воспользоваться уже готовыми рекомендациями специалистов, информация есть в сети на спецсайтах. Модификаций термисторов насчитываются сотни, соответственно, таблицы спецификаций очень габаритные. Часто конкретная партия аналогичных серий термисторов имеет свои данные.

Есть сотни спецификаций NTC термисторов:

Но все-таки исчисления в большинстве случаев крайне желательные, даже если есть данные от производителя о параметрах и рекомендации, так как термисторы с высокой нелинейностью свойств. Разные экземпляры одинаковой спецификации даже, например, при тех же величинах B25/100 (чувствительности, рассмотрим ниже) могут иметь разные сдвиги R. Поэтому формулы для указанного параметра дают лишь приблизительную оценку. Точные результаты требуют сложных вычислений.

Датчики для бытовых или иных приборов в заводских типоразмерах — это уже полностью готовые к применению устройства в корпусе и так далее, все необходимые расчеты сделаны производителями.

Параметры для подбора (обычно отображаются графиками, диаграммами):

  • ВАХ;
  • кривая соотношение темп./сопр.;
  • теплоемкость, константа рассеяния;
  • величины R;
  • допуски;
  • температурный диапазон. Именно в своих границах сенсоры NTC могут работать лучше всех подобных изделий;
  • временная постоянная: срок для перехода от одной величины t° к другой. Это период в секундах, требуемый для достижения 63.2 % разницы t° от начального показания до финишного;
  • чувствительность: уровень реагирования на сдвиги температуры;
  • стабильность контроллера при поддерживании постоянной температуры посредством обратной связи с сенсором.

Приближение первого порядка

Зависимость t°/Ом (график R-T) имеет значительную нелинейность, поэтому для практических схем применяют для расчета так называемые приближения. Пример такового «первого порядка»:

Уравнение справедливо только для небольшого температурного диапазона и для t°, когда k почти постоянная на его разных значениях.

Бета-формула

Есть также бета-уравнение (содержит константу «бета», β). Это самая простая формула из существующих, часто для самоделок, например, на Arduino используют именно ее. Дает результат с точностью ±1 °C. Охватывает диапазон 0…+100° C. Последний зависимый от единственной постоянной материала β, получаемой путем измерений (указывается в спецификации термистора).

Тут нет необходимости в линеаризации реакции сенсора. Формула требует 2-точечной калибровки, стандартно не больше чем ±5 на всем полезном диапазоне.

Уравнение Штейнхарта-Харта

Алгоритм Штейнхарта-Харта — это наилучшее, но более сложное уравнение. Чтобы избежать сложностей, обычно применяют предыдущий метод, но для пользователей со знаниями алгебры и опытом вычислений этот лучший способ. Это общая формула, чтобы подогнать кривую термистора:

Константы A, B, C обычно публикуются производителями, поставщиками как часть таблиц с данными спецификации термисторов. Отклонения по описываемой формуле составляет около ±0.15° C в рамках −50…+150° С, что является отличным показателем. Если требуется высокая корректность, то границы должны быть сужены. Точность ±0,01° C и лучше наблюдается в рамках 0…+100° C.

Какую формулу выбрать

Подбор подходящего исчисления для определения температуры из замеров сопротивления основывается на доступности вычислительных мощностей, а главное, на требованиях допуска. Для некоторых приложений приближение 1-го порядка достаточно, для иных случаев потребуется метод Штейнхарта-Харта, а сенсор должен калиброваться в процессе большого числа измерений по созданной таблице поиска.

РТС термисторы

РТС датчики – это термисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) (Positive Temperature Coefficient – положительный температурный коэффициент). Термисторы или терморезисторы – это полупроводниковые резисторы, сопротивление которых нелинейно зависит от температуры. Температурная зависимость сопротивления термистора с положительным ТКС характеризуется значительным увеличением сопротивления при достижении определенной температуры. Терморезисторы с отрицательным ТКС имеют экспоненциальную температурную зависимость сопротивления, т.е. сопротивление увеличивается при уменьшении температуры и уменьшается при ее увеличении. Термисторы выпускаются в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок. Широкое применение термисторы нашли во всех областях автоматики, где требуется измерять, поддерживать и регулировать температуру.

Термисторы типа РТС можно разделить на две основные категории: силисторы и «защитные термисторы». Силисторы – термочувствительные силиконовые резисторы, характеризующиеся тем, что имеют положительный, в температурном диапазоне до 150 °С, и отрицательный, в температурном диапазоне выше 150 °С, ТКС. Наиболее стабильный ТКС (около 0,77 %/°С) силисторы имеют в области от – 60 до + 150 °С, где они наиболее часто применяются для контроля температуры. «Защитные термисторы» не используются для измерения температуры, а служат как элементы встроенной температурной защиты или в качестве предохранителей в схемах защиты от перегрузок по току и напряжению.

Компания ОВЕН производит cледующие модели датчиков ДРТС:

Конструктивное исполнение Модель Параметры
ДРТС014-1000 ОМ.50/2 L = 50мм, l= 2 м, D = 5 мм
ДРТС094-1000 ОМ. 500/1 L = 500мм, l= 1 м, D = 6 мм
ДРТС174-1000 ОМ. 120/6 L = 120мм, l= 6 м, D = 5 мм

Рекомендации по монтажу и эксплуатации РТС датчиков

  • Датчики РТС выпускаются во влагозащищенном корпусе, который препятствует попаданию воды внутрь защитной металлической гильзы, предохраняя чувствительный элемент датчика. Тем не менее монтировать датчики температуры рекомендуется вверх заглушкой металлической гильзы.
  • Внешние электромагнитные поля могут оказывать существенное влияние на работоспособность датчика. Поэтому при монтаже РТС датчиков провода от места установки самого датчика до регулятора желательно прокладывать на максимально возможном удалении от источников помех. Если конструкция установки не позволяет этого сделать, то уменьшить влияние внешнего электромагнитного поля позволяет экранирование измерительного провода и последующее заземление экрана.

Reversible temperature coefficient

Residual magnetic flux density or Br changes with temperature and it is one of the important characteristics of magnet performance. Some applications, such as inertial gyroscopes and traveling-wave tubes (TWTs), need to have constant field over a wide temperature range. The reversible temperature coefficient (RTC) of Br is defined as:

To address these requirements, temperature compensated magnets were developed in the late 1970s. For conventional SmCo magnets, Br decreases as temperature increases. Conversely, for GdCo magnets, Br increases as temperature increases within certain temperature ranges. By combining samarium and gadolinium in the alloy, the temperature coefficient can be reduced to nearly zero.

Главные параметры терморезисторов

При выборе детали важно ориентироваться на ее показатели и характеристики, меняющиеся в зависимости от типа, производителя, исходного материала и других показателей. При выборе изделия нужно выяснить главные параметры и определить, подходят они для решения поставленной задачи или нет. При выборе изделия нужно выяснить главные параметры и определить, подходят они для решения поставленной задачи или нет

При выборе изделия нужно выяснить главные параметры и определить, подходят они для решения поставленной задачи или нет.

Параметры терморезисторов:

  1. ГАБАРИТЫ. При покупке нужно быть уверенным, что деталь подходит по размеру и поместится на плате (в схеме).
  2. СОПРОТИВЛЕНИЯ RT и RT. Параметры измеряются в Омах и указываются применительно к текущей температуре в градусах Цельсия или Кельвинах. Если деталь рассчитана на работу при температурах от -100 до +200 градусов Цельсия, температурный режим для окружающей среды принимается на уровне 20-25 градусов Цельсия.
  3. ПОСТОЯННАЯ ВРЕМЕНИ Τ (СЕК). Параметр отражает тепловую инерционность. При расчете учитывается время, которое необходимо для изменения температуры термического резистора на 63% от разницы t детали и окружающего воздуха. В большинстве случаев этот параметр принимается равным 100 градусов Цельсия.
  4. ТКС (в % на один градус Цельсия). Как правило, этот показатель прописывается для той же температуры t, что и холодное сопротивление. В такой ситуации при обозначении используются другие цифры — at.
  5. Мощность рассеивания Pmax (предельно допустимый параметр), Вт. По этому показателю можно судить о пределе, до достижения которого в полупроводнике не происходит необратимых изменений (параметры остаются прежними). При этом превышение температуры tmax при достижении Pmax исключено.
  6. Температура tmax — максимально допустимый параметр, при котором характеристики терморезистора длительное время остаются без изменений (на установленном производителем уровне).
  7. Коэффициент энергетической чувствительности (измеряется в Вт/проценты*R). Обозначение — G. Показатель отражает мощность, которую необходимо рассеять на детали для снижения параметра R на один процент.
  8. Коэффициент рассевания (измеряется в Вт на один градус Цельсия). Условное обозначение — H. Параметр отражает мощность, которая рассеивается на термическом резисторе при разнице в температурных режимах детали и окружающего воздуха на один градус.

Рассмотренные выше коэффициенты (G и H) зависят от характеристик применяемого полупроводника и особенностей обмена тепла между изделием и окружающей его средой. Параметры связаны друг с другом через специальную формулу — G=H/100а.

  1. Теплоемкость (измеряется в Джоулях на один градус Цельсия). Условное обозначение — C. Показатель отражает объем тепла (энергии), необходимой для нагрева терморезистора на один градус.

Некоторые рассмотренные параметры связаны друг с другом. В частности, постоянная времени τ равна отношению между теплоемкостью и коэффициентом рассеивания.

При покупке позитрона, кроме указанных выше параметров, нужно учесть интервал позитивного температурного сопротивления и кратность изменения R в секторе положительного ТКС.

Ассортимент термисторов NTC

Основная классификация по видам связана с производственным процессом, который был использован при изготовлении радиоэлемента:

  • бисерные;
  • дисковые и чиповые;
  • в оболочке из стекла.

Бисерный термистор специально запекается в корпусную часть, сделанную из керамического материала. Сам же компонент — это сплав платины в свинцовом проводе. Отличается данный вид быстрым откликом. Термистор способен бесперебойно функционировать при температурном режиме с высокими показателями.

Чиповые и дисковые терморезисторы, как правило, изготавливаются из металлизированных контактов. Они имеют способность выдерживать воздействие больших токов.

Термисторы, оборудованные стеклянной оболочкой, могут функционировать при температурном режиме +150 градусов и выше. Это герметизированные радиоэлементы, которые запечатаны в стеклянный пузырек, не пропускающий поток воздуха. Они не подвержены воздействию климатических условий, поэтому могут устанавливаться на открытых поверхностях плат.

Все вышеуказанные виды имеют хорошие показатели механической прочности корпуса, высокую чувствительность и надежны на практике, что делает возможным их использование в моторах, флуоресцентных лампах, трансформаторах, электродвигателях с постоянным током не выше 20 А, бытовой, промышленной и автоэлектронике, мобильных устройствах, современных мониторах с характеристиками LCD и HDD.

Зависимость сопротивления и температуры

Сопротивление идеальных полупроводников (количество дырок и носителей заряда одинаково) в зависимости от температуры может быть представлено следующей формулой

R(T) = A exp(b/T)

где A, b – постоянные, зависящие от свойств материала и геометрических размеров.

Однако, сложная композиция и неидеальное распределение зарядов в термисторном полупроводнике не позволяет напрямую использовать теоретическую зависимость и требует эмпирического подхода. Для NTC термисторов используется аппроксимационная зависимость Стейнхарта и Харта

Будет интересно Как прочитать обозначение (маркировку) резисторов

1/T = a+b(lnR)+c(lnR)3

где T – температура в К;

R – сопротивление в Ом;

a,b,c – константы термистора, определенные при градуировке в трех температурных точках, отстоящих друг от друга не менее, чем на 10 С.

Стеклянный термистор.

Типичный 10 кОм-ый термистор имеет коэффициенты в диапазоне 0-100 С близкие к следующим значениям:

  • a = 1,03 10-3
  • b = 2,93 10-4
  • c = 1,57 10-7

Дисковые термисторы могут быть взаимозаменяемыми, т.е. все датчики определенного типа будут иметь одну и ту же характеристику в пределах установленного производителем допуска. Лучший возможный допуск, как правило, ±0,05 С в диапазоне от 0 до 70 С. Бусинковые термисторы не взаимозаменяемы и требуют индивидуальной градуировки.

Градуировка термисторов может осуществляться в жидкостных термостатах. Необходимо герметизировать термисторы, погрузив их в стеклянные пробирки. Обычно для градуировки и вычисления констант проводится сличение термистора с образцовым платиновым термометром.

В диапазоне от 0 до 100 С сличение проводится в точках с интервалом 20 С. Погрешность интерполяции обычно не превышает 1 –5 мК при использовании модифицированного уравнения Стейнхарта и Харта:

1/T = a+b(lnR)+c(lnR)2 + d(lnR)3

Могут также использоваться реперные точки: тройная точка воды (0,01 С), точка плавления галлия (29,7646 С), точки фазовых переходов эвтектик и органических материалов.

Для градуировки нескольких термисторов они могут быть соединены последовательно, так чтобы через них проходил одинаковый ток

При градуировке и использовании термисторов важно учитывать эффект нагрева измерительным током. Для 10 кОм – ого термистора рекомендуется выбирать токи от 10 мкА (погрешность 0,1 мК), до 100 мкА (погрешность 10 мК)

Для начала определимся с таким типом радиодеталей, как термисторы (или, как их еще называют – терморезисторы). Они представляют собой полупроводниковый элемент, у которого меняется сопротивление в зависимости от температуры. Эта зависимость может быть:

  1. Прямой(чем больше температура, тем выше сопротивление) – это тип PTC (от англ. Positive Temperature Coefficient, то есть позитивный/положительный температурный коэффициент). Альтернативное название “позисторы”.
  2. Обратной(сопротивление увеличивается при уменьшении температуры и наоборот) – это тип NTC (от англ. Negative Temperature Coefficient, то есть негативный/отрицательный температурный коэффициент).

Терморезисторы часто разделят по диапазонам рабочих температур:

  • Низкотемпературные (ниже 170 К);
  • Среднетемпературные (170-510 К);
  • Высокотемпературные (свыше 510 К).

Обозначение термистора указано на рисунке ниже.

Устройство термистора.

Особенности конструкций

По своей природе терморезисторы являются аналоговыми и делятся на два вида:

  • металлические (позисторы),
  • полупроводниковые (термисторы).

Позисторы

Материалом для терморезисторов можно использовать далеко не любые проводники тока, так как к этим устройствам предъявляются некоторые требования. Материал для их изготовления должен обладать высоким ТКС.

Для таких требований подходят медь и платина, не считая их высокой стоимости. Практически широко применяются медные образцы терморезисторов ТСМ, у которых линейность зависимости сопротивления от температуры намного выше. Их недостатком является малое удельное сопротивление, быстрая окисляемость. В связи с этим термосопротивления на основе меди имеют ограниченное применение, не более 180 градусов.

Позисторы PTC предназначены для ограничения тока при нагревании от более высокой рассеиваемой мощности. Поэтому их размещают последовательно в цепь переменного тока, чтобы уменьшить ток. Они (буквально любой из них) становятся горячими от слишком большого тока. Эти приспособления используют в устройстве защиты цепи, таком как предохранитель, в качестве таймера в схеме размагничивания катушек ЭЛТ-мониторов.

Для информации. Что такое позистор? Прибор, электрическое сопротивление которого растет в зависимости от его температуры, называется позистором (PTC).

Примеры позисторов

Термисторы

Устройство с отрицательным температурным коэффициентом (это когда, чем выше температура, тем ниже сопротивление) называется терморезистором NTC.

Для информации. Все полупроводники имеют меняющееся сопротивление по мере увеличения или уменьшения температуры. В этом проявляется их сверхчувствительность.

Характеристики и обозначение термистора

Термисторы NTC широко используются в качестве ограничителей пускового тока, самонастраивающихся сверхтоковых защит и саморегулируемых нагревательных элементов. Обычно эти приборы устанавливаются параллельно в цепь переменного тока.

Их можно встретить повсюду: в автомобилях, самолетах, кондиционерах, компьютерах, медицинском оборудовании, инкубаторах, фенах, электрических розетках, цифровых термостатах, переносных обогревателях, холодильниках, печах, плитах и других всевозможных приборах.

Термистор используется в мостовых цепях.

Типоразмеры

Форма ТР: тонкие пластинки (реже трубочки), шайбочки, таблетки, каплевидные формы, размером в несколько мм. Некоторые типоразмеры микроскопические (микроны).

Есть также типоразмер SMD, напоминающий такого же типа плавкие предохранители, конденсаторы, иные детали. Изделия таких форм похожие (находятся в стандартных диапазонах 1206, 0805, 0603 и так далее), их почти невозможно различить «на глаз», надо читать спецификацию схемы.

Другой особый тип — встроенные изделия, они более узнаваемые: термопара, таблетка, капля с выводами или более габаритный корпус-цилиндр с двумя проводками.

По количеству отпаек (ножек) есть 2 типа позисторов: с 2 или 3 указанными элементами. Трехвыводные состоят из 2 позитронов-таблеток, объединенных одним корпусом. Одна из пластинок меньшая. Отличается и R, например, 1.3…3.6 кОм и 18…24 Ом. ТР с 2 ножками чаще всего кремниевые (Si), это более узнаваемые пластинки.

Обозначения разных электродеталей на схемах:

Преимущества позисторной керамики

Технология производства позисторной керамики заключается в обжиге и спекании базовых окислов в контролируемом температурном диапазоне от 650 до 1050°C. В результате получается материал с заданными свойствами, которые определяются набором и массовыми соотношениями видов сырья. Потребителей вряд ли интересуют технические подробности того, как изготавливают позисторные нагревательные элементы, зато привлекают преимущества этого материала:

  • высокая теплоотдача при минимальном расходе электроэнергии (на 20-30 % ниже, чем у других приборов аналогичного предназначения);
  • большой эксплуатационный срок, который втрое превосходит аналогичный параметр трубчатых нагревателей (ТЭНов);
  • быстрый выход на рабочую температуру – по этому параметру позисторный нагреватель в 3-4 раза превосходит тот же ТЭН;
  • керамическая поверхность не сушит воздух и не снижает в нем содержание кислорода при обогреве помещений.

Высокая теплоотдача обусловлена тем, что керамический нагревательный элемент имеет в разы большую поверхность излучения, поэтому уже при температуре 150°C он выдает столько же тепла, сколько раскаленная до 550-600°C спираль или ТЭН. Кроме того, технологии производства позисторов позволяют изготавливать объемные и плоские керамические нагреватели любой формы и размера, благодаря чему сфера их применения становится практически неограниченной.

Общий принцип действия

Терморезисторы делаются максимально чувствительными к изменению температурного режима, ведь на этом принципе они и работают. При отсутствии нагрева атомы, входящие в состав детали, находятся в правильном порядке и формируют длинные ряды.

В случае нагрева количество активных «переносчиков» заряда растет. Чем больше таких единиц, тем выше проводимость материала.

При изучении кривой зависимости сопротивления от температуры можно увидеть характеристику нелинейного типа. При этом лучшие характеристики терморезистор показывает в диапазоне от -90 до +130 градусов.

Важно учесть, что принцип действия таких деталей строится на корреляции между температурным режимом и металлами в составе детали. Сам терморезистор изготавливается с применением полупроводниковых составов (оксидов, марганца, меди, никеля, силикатов, железа и других). Такие компоненты способны реагировать на малейшее изменение в температуре

Такие компоненты способны реагировать на малейшее изменение в температуре

Сам терморезистор изготавливается с применением полупроводниковых составов (оксидов, марганца, меди, никеля, силикатов, железа и других). Такие компоненты способны реагировать на малейшее изменение в температуре.

Создаваемое электрическое поле подталкивает электрон, который перемещается до момента удара об атом. По этой причине движение электрона затормаживается.

При росте температуры атомы двигаются активнее. При таких обстоятельствах исходный актом быстрее столкнется с другим элементом. В результате возникает дополнительное сопротивление.

Советуем изучить — Схема АПВ однократного действия на воздушных и кабельных ЛЭП 6 — 10 кВ

После снижения рабочей температуры электроны «падают» в нижние валентные уровни и переходят в невозбужденное состояние. Иными словами, они меньше перемещаются и не создают такого сопротивления.

В случае повышения температуры растет и показатель R. Но здесь нужно учесть тип терморезистора, от которого зависит принцип повышения и роста сопротивления при изменении температурного режима.

Основные характеристики терморезисторов

Важно обращать внимание на характеристики термисторов NTC. Они могут меняться по ряду причин: производитель, тип и применяемый материал. В первую очередь покупатель должен изучить размер

Нужно, чтобы элемент подошел по габаритам, то есть, поместился на плате во время монтажа

В первую очередь покупатель должен изучить размер. Нужно, чтобы элемент подошел по габаритам, то есть, поместился на плате во время монтажа.

Следующие важные пункты:

  • сопротивление RT;
  • постоянная времени;
  • коэффициент рассеивания.

Это основные моменты, которые нужно учитывать при покупке детали.

Характеристики нагрева

Есть 2 типа терморезисторов, если полагаться на способ нагревания, положенный в основу их принципа действия:

  • косвенный;
  • прямой.

При косвенном нагреве будет изменяться температура термистора под воздействием элементов, размещенных рядом с ним.

При прямом она также меняется, но только под влиянием окружающего воздуха или тока, который проходит через элемент. В этом и заключается основное отличие.

Диод как датчик температуры- функция полупроводника

Диод — наипростейший по своей комплектации прибор, обладающий свойствами полупроводника.

Между двумя крайностями диода (донорной и акцепторной) пролегает область пространственного заряда, иначе: p-n-переход. Этот «мост» обеспечивает проникновение электронов из одной части в другую, поэтому, в силу разноимённости составляющих его зарядов, внутри диода возникает довольно малый по силе, но всё-таки ток. Движение электронов по диоду происходит только в одну сторону. Обратный ход конечно есть, но совершенно незначительный, а при попытке подключить в этом направлении источник питания диод запирается обратным напряжением. Это увеличивает плотность вещества и возникает диффузия. Кстати, именно по этой причине диод носит название полупроводникового вентиля (в одну сторону движение есть, в другую — нет).

Если попытаться повысить температуру диода, то количество неосновных носителей (электронов двигающихся в обратном основному направлении) увеличится, а p-n-переход начнёт разрушаться.

Принцип взаимодействия между падением напряжения на диодном p-n-переходе и температурой самого диода была выявлена практически сразу после того, как он был сконструирован.

В результате p-n-переход диода из кремния — это наиболее простой температурный датчик. Его ТКН (температурный коэффициент напряжения) составляет 3 милливольта на градус цельсия, а точка прямого падения напряжения — около 0,7В.

Для нормальной работы данный уровень напряжения излишне мало, поэтому чаще используется не сам диод, а транзисторные p-n-переходы в комплекте с базовым делителем напряжения.

В результате, конструкция по своим качествам соответствует целой последовательности диодов. Как итог, показатель по падению напряжения может быть гораздо большим, чем 0,7В.

Поскольку ТКС (температурный коэффициент сопротивления) диода является отрицательным (- 2mV/°C), то он оказался весьма актуальным для использования в варикапах, где ему отводится роль стабилизатора резонансной частоты колебательного контура. Контроль осуществляется при помощи температуры.

Данные по падению напряжения на диодах

При анализе показаний цифрового мультиметра можно отметить, что данные по падению напряжения на p-n-переходе для кремниевых диодов составляют 690-700 мВ, а у германиевых — 400-450 мВ (хотя этот вид диодов на данный момент практически не используется).  Если во время замера температура диода поднимается, то данные мультиметра напротив снизятся. Чем значительнее сила нагрева, тем значительнее падают цифровые данные.

Обычно это свойство используется для стабилизации процесса работы в электронной системе (например, для усилителей звуковых частот).

Схема термометра на диоде.

Датчики температуры для микроконтроллера

На данный момент многие схемы строятся на микроконтроллерах, сюда же можно отнести и разнообразные измерители температуры, в которых могут быть применены полупроводниковые датчики при условии, что температура при их эксплуатации не превысит 125°C.

Поскольку градуирование температурных измерителей происходит ещё на заводе, калибровать и настраивать датчики нет никакой необходимости. Получаемые от них результаты в виде цифровых данных поступают в микроконтроллер.

Применение полученной информации зависит от программного наполнения контроллера.

Помимо прочего, такие датчики могут работать в термостатном режиме, то есть (при заранее заданной программе) включаться или выключаться по достижении определённой температуры.

Однако, если опорными станут другие температурные показатели, программу придётся переписывать.

Прочие сферы применения

Хотя на сегодняшний день выбор температурных датчиков весьма широк, никто не забывает про их диодный вариант, который достаточно часто применяется в электроутюгах,  электрокаминах и электронике в самом широком её смысле.

Несмотря на ограничения по температурному режиму диодные датчики имеют свои значительные плюсы:

— относительная дешевизна;

— скромные габариты;

— запросто подойдут к огромному числу электронных приборов;

— превосходная чувствительность и точность.

Благодаря всем этим качествам область применения датчиков данного типа растёт из года в год.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Конструкция и материалы

Большим преимуществом термисторов является разнообразие форм и миниатюрность. Основные конструктивные типы: бусинковые (0,1-1 мм), дисковые (2,5-18 мм), цилиндрические (3-40 мм), пленочное покрытие (толщина 0,2-1 мм). Выпускаются бусинковые термисторы диаметром до 0,07 мм с выводами толщиной 0,01 мм. Такие миниатюрные датчики позволяют измерять температуру внутри кровеносных сосудов или растительных клеток. Большинство термисторов – керамические полупроводники, изготовленные из гранулированных оксидов и нитридов металлов путем формирования сложной многофазной структуры с последующим спеканием (синтерация) на воздухе при 1100-1300 С.

Сложные двойные и тройные структуры оксидов переходных металлов, такие как (AB)3O4, (ABC)3O4 лежат в основе термисторов. Распространенной формулой является (Ni0.2Mn0.8)3O4. Наиболее стабильными термисторами при температурах ниже 250 С являются термисторы на основе смешанных оксидов мания и никеля или магния, никеля и кобальта, имеющие отрицательный ТКС. Удельная проводимость термистора r (25 C) зависит от химического состава и степени окисления. Дополнительное управление проводимостью осуществляется добавлением очень малых концентраций таких металлов как Li и Na.

Устройство терморезистора.

При изготовлении бусинковых термисторов бусинки наносятся на две параллельные платиновые проволоки при температуре 1100 С, проволоки разрезаются на куски для получения необходимой конфигурации выводов. На бусинки наносится стеклянное покрытие, спекаемое при 300 С, либо бусинки герметизируются внутри миниатюрных стеклянных трубок.

Советуем изучить — Война токов — Тесла против Эдисона

Для получения металлических контактов в дисковых термисторах, на диск наносится металлическое покрытие Pt-Pd-Ag и выводные проводники соединяются с покрытием пайкой или прессованием. Номинальное сопротивление термисторов значительно выше, чем у металлических термометров сопротивления, оно обычно составляет 1, 2, 5, 10, 15 и 30 кОм. Поэтому может применяться двухпроводная схема включения.