Полупроводниковый резистор — полупроводниковый прибор с двумя выводами, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от напряжения. В этих резисторах применяют полупроводник, равномерно легированный примесями. Данный тип резисторов в последние десятилетия получает всё более широкое применение. Их используют в различных аналоговых интегральных схемах, а так же в качестве отдельных элементов в качестве датчиков температуры (терморезистор или термистор), силы, давления, веса, напряжений (тензорезистор), освещённости (фоторезистор).
Варистор (англ. variable resistor — переменный резистор) — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, и обладающий нелинейной симметричной ВАХ.
Тензорезистор (от лат. tensus — напряжённый) — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости собственной деформации.
Терморезистор или термистор (от греч. thérme — тепло и от лат. resisto — сопротивляюсь) — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого существенно убывает или возрастает с ростом температуры.
Фоторезистор — полупроводниковый прибор, изменяющий величину своего сопротивления при облучении светом.
2. Условные обозначения полупроводниковых резисторов
|
Классификация и условные обозначения полупроводниковых резисторов. |
|
|
Тип резисторов |
Условное обозначение |
|
Линейные резисторы |
|
|
Варисторы |
|
|
Тензорезисторы |
|
|
Терморезисторы |
|
|
Фоторезисторы |
|
МАИ.210201.204.010
Лист
3
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
3. Изготовление и конструкционные материалы
Линейные резисторы изготавливают из слаболегированного кремния или арсенида галлия.
Варисторы изготавливают спеканием при температуре около 1700 °C из полупроводника — преимущественно порошкообразного карбида кремния SiC или оксида цинка ZnO, и связующего вещества (глина, жидкое стекло, лаки и смолы) Далее поверхность полученного элемента металлизируют и припаивают к ней выводы. Конструктивно варисторы выполняются обычно в виде дисков, таблеток, стержней; так же существуют построечные варисторы с подвижным контактом.
Тензорезисторы измеряют деформации в упругих элементах, поэтому их выполняют виде плёнок из упругих полимеров с напылением из полупроводника и металлизированными выводами.
Терморезисторы изготовляют в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преимущественно методами порошковой металлургии; их размеры могут варьироваться в пределах от 1—10 мкм до 1—2 см. Различают терморезисторы с отрицательным и положительным ТКС. Терморезисторы с отрицательным ТКС изготовляют из смеси поликристаллических оксидов переходных металлов (например, MnO, СoO, NiO, CuO), легированных Ge и Si, полупроводников типа A III B V , стеклообразных полупроводников и других материалов. Из терморезисторов с положительным температурным коэффициентом наибольший интерес представляют терморезисторы, изготовленные из твёрдых растворов на основе BaTiO 3 . Такие терморезисторы обычно называют позисторами.
Фоторезисторы изготавливают из полупроводников с шириной запрещенной зоны, оптимальной для конкретной задачи. Для регистрации видимого света используются фоторезисторы из селенида и сульфида кадмия Se. Для регистрации инфракрасного излучения используются Ge (чистый или легированный примесями Au, Cu или Zn), Si, PbS, PbSe, PbTe, InSb, InAs, HgCdTe. Полупроводник наносят в виде тонкого слоя на стеклянную или кварцевую подложку или вырезают в виде тонкой пластинки из монокристалла. Слой или пластинку полупроводника снабжают двумя электродами и помещают в защитный корпус.
4. Основные параметры и характеристики
Линейные резисторы и варисторы — имеют электрические характеристики, слабо зависящие от внешних факторов: температуры окружающей среды, вибрации, влажности, освещённости и др. Для остальных групп полупроводниковых резисторов, наоборот, характерна сильная зависимость их электрических характеристик от внешних факторов.
МАИ.210201.205.
Лист
4
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Так, характеристики терморезисторов существенно зависят от температуры, характеристики фоторезисторов — от освещённости, характеристики тензорезисторов — от механических напряжений.
Варисторы
Классификационное напряжение (В) — напряжение при определённом токе (обычно изготовители указывают при 1 мА), практической ценности не представляет. Рабочее напряжение В (для постоянного тока Vdc , для переменного Vrms ) — диапазон от 3 В (низковольтные) до нескольких 20 кВ (высоковольтные); данное напряжение должно быть превышено только при перенапряжениях. Рабочий ток (А) — диапазон от 0,1 мА до 1 А. Максимальный импульсный ток (А).
Поглощаемая энергия (Дж)
Нелинейность характеристик варисторов обусловлена локальным нагревом соприкасающихся граней многочисленных кристаллов полупроводника (например карбида кремния).
При локальном повышении температуры на границах кристаллов их сопротивление существенно снижается, что приводит к уменьшению общего сопротивления варисторов. Один из основных параметров варистора — коэффициент нелинейности λ, он лежит в пределах 2-10 у варисторов на основе SiC и 20-100 у варисторов на основе ZnO. Температурные коэффициенты (сопротивления, напряжения, тока) для всех типов варисторов не превышают 0,1 % на градус. ТКС (сопротивления) варистора является отрицательной величиной.
Тензорезисторы
Изменения в сопротивления тензорезисторе весьма малы и требуют прецизионных усилителей или АЦП. Принцип действия заключающееся в изменении электрического сопротивления проводников и полупроводников при их механической деформации.
Терморезисторы
Различают терморезисторы с отрицательным и положительным ТКС. Так же терморезисторы делятся на низкотемпературные, которые рассчитаны на работу при температуpax ниже 170 К. Среднетемпературные (170—510 К), высокотемпературные (выше 570 К).
Кроме того, существуют терморезисторы, предназначенные для работы при 4.2 К и ниже и при 900—1300 К. Наиболее, широко используются среднетемпературные терморезисторы с ТКС от — 2,4 до —8,4 % К -1 и с номинальным сопротивлением 1 —10 6 Ом.
МАИ.210201.205.
Лист
5
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Режим работы терморезисторов зависит от того, на каком участке статической (ВАХ) выбрана рабочая точка. В свою очередь ВАХ зависит как от конструкции, размеров и основных параметров терморезистора, так и от температуры теплопроводности окружающей среды, тепловой связи между терморезистором и средой. Известны терморезисторы с небольшим положительным температурным коэффициентом (0,5—0,7 % К -1 ), выполненные на основе кремния с электронной проводимостью; их сопротивление изменяется с температурой примерно по линейному закону.
Зависимость сопротивления термистора от температуры. 1. для R0
Фоторезисторы
Фоторезистор имеет два важнейших параметра.
Интегральная чувствительность — отношение изменения напряжения на единицу мощности падающего излучения (при номинальном значении напряжения питания).
Порог чувствительности — величина минимального сигнала, регистрируемого фоторезистором, отнесённая к единице полосы рабочих частот.
МАИ.210201.205.
Лист
6
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
5. Применение полупроводниковых резисторов
Линейные резисторы
Линейные резисторы нашли широкое применение в интегральных микросхемах.
Варисторы
Варисторы применяются для стабилизации и регулирования низкочастотных токов и напряжений. В аналоговых вычислителях — для возведения в степень, извлечения корней и других математических действий, в цепях защиты от перенапряжений (например, высоковольтные линии электропередачи, линии связи, электрические приборы).
Высоковольтные варисторы применяются для изготовления ограничителей перенапряжения. Как электронные компоненты, варисторы дёшевы и надёжны, способны выдерживать значительные электрические перегрузки, могут работать на высокой частоте (до 500 кГц).
Среди недостатков — значительный низкочастотный шум и старение (изменение параметров со временем и при колебаниях температуры).
В последние 5 лет появились на рынке варисторы, имеющие по ряду параметров улучшение электрических свойств во времени под напряжением промышленной частоты.
Тензорезисторы
Тензорезистор совместно с дополнительной электроникой, входит в состав многих тензодатчиков. Тензодатчики применяются для косвенного измерения механических величин: силы, давления, веса, крутящего момента, перемещения, напряжений и прочих величин.
Терморезисторы
Терморезисторы с рабочей точкой на начальном (линейном) участке ВАХ используются для измерения и контроля температуры и компенсации температурных изменений параметров электрической цепей и электронных приборов. Терморезисторы с рабочей точкой на нисходящем участке ВАХ (с отрицательным сопротивлением) применяются в качестве пусковых реле; реле времени, измерителей мощности электромагнитного излучения на СВЧ; стабилизаторов температуры и напряжения. Режим работы терморезистора, при котором рабочая точка находится также на ниспадающем участке ВАХ (при этом используется зависимость сопротивления терморезистора от температуры и теплопроводности окружающей среды), характерен для терморезисторов, применяемых в системах теплового контроля и пожарной сигнализации, регулирования уровня жидких и сыпучих сред. Действие таких
МАИ.210201.205.
Лист
7
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
терморезисторов основано на возникновении релейного эффекта в цепи с терморезистором при изменении температуры окружающей среды или условий теплообмена терморезистора со средой. Изготовляются также терморезисторы специальной конструкции — с косвенным подогревом. В таких терморезисторах имеется специальная обмотка, изолированная от полупроводникового резистивного элемента (если при этом мощность, выделяющаяся в резистивном элементе, мала, то тепловой режим терморезистора определяется температурой подогревателя, то есть током в нём).
Таким образом, появляется возможность изменять состояние терморезистора, не меняя ток через него. Такой терморезистор используется в качестве переменного резистора, управляемого электрически на расстоянии. Такие терморезисторы используются, например, для температурной стабилизации электронных устройств на транзисторах.
Фоторезисторы
Применяют в качестве датчиков освещённости, а так же в качестве простейших датчиков движения при наличии направленного мощного пучка света.
МАИ.210201.205.
Лист
8
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
6. Литература
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/poluprovodnikovyie-rezistoryi/
1. Основы промышленной электроники: Учебник для вузов — 2-е издание, переработанное и дополненное — М. Высшая школа, 1978, В. Г. Герасимов, О. М. Князьков, А. Е. Краснопольский, В. В. Сухоруков; Под ред. В. Г. Герасимова.
2. Электроника: Энциклопедический словарь — 1-е издание — М.: Советская энциклопедия 1991.— ISBN 5-85270-062-2 В. Г. Колесников
3. Физическая энциклопедия, том 5 — М.: Большая Российская Энциклопедия.
4. Справочник Терморезисторы, Шефтель И Т.
5. Справочник Терморезисторы, Мэклин Э. Д.
6. Терморезисторы и их применение, Шашков А. Г.
7. Статистические характеристики поликристаллических терморезисторов, Кривоносов А. И. Кауфман В. Я.
МАИ.210201.205.
Лист
9
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
