Форма, габариты и конструктивные особенности современных терморезисторов весьма разнообразны: их выполняют в виде дисков, миниатюрных бусинок, плоских прямоугольников и др.
В зависимости от типа используемого полупроводникового материала и габаритов чувствительного элемента исходное сопротивление терморезисторов составляет от нескольких Ом до десятков мегОм.
Рис.1. Простейшая цепь с терморезистором
На рис.1. изображена простейшая электрическая цепь, состоящая из терморезистора RK и линейного резистора R, величина которого не зависит от температуры. Если к этой цепи приложить напряжение Е, в ней установится некоторый ток I, величина которого определяется из решения системы уравнений:
Е = UТ + UR= UТ + IR, (1)
UТ = f (I), (2)
где UТ — падение напряжения на терморезисторе в установившемся режиме.
Зависимость (2) представляет собой вольт-амперную характеристику терморезистора (рис. 2) с тремя основными участками: ОА, АВ и ВС. На начальном участке ОА характеристика линейная, так как при малых токах мощность, выделяющаяся в терморезисторе, мала и практически не влияет на его температуру. На участке АВ линейность характеристики нарушается. С ростом тока температура терморезистора повышается, а его сопротивление (вследствие увеличения числа электронов и дырок проводимости в материале полупроводника) уменьшается. При дальнейшем увеличение тока на участке ВС уменьшение сопротивления оказывается столь значительным, что рост тока ведет к уменьшению напряжения на терморезисторе. В конце участка ВС вольт-амперная характеристика все более приближается к горизонтальной линии параллельной оси абсцисс. Это и позволяет использовать некоторые типы терморезисторов для стабилизации напряжения.
Характерным для цепи, содержащей терморезистор RK и линейный резистор R, является резкое, скачкообразное нарастание или убывание тока, вызванное изменением сопротивления терморезистора. Это явление получило название релейного эффекта. Реллейный эффект может произойти в результате изменения температуры окружающей среды или величины приложенного к цепи напряжения. Релейный эффект используется в разнообразных схемах тепловой защиты, температурной сигнализации, автоматического peгулирования температуры и т. д.
Помимо вольт-амперной характеристики, важнейшей xapaктеристикой терморезистора является зависимость его сопротивления от температуры. Типичная температурная характеристика R = φ (Т) терморезистора с отрицательным температурным коэффициентом приведена на рис. 3.
Рис.3. Температурная характеристика терморезистора с
отрицательным коэффициентом
Важнейшими параметрами терморезисторов являются:
Номинальное (холодное) сопротивление — сопротивление рабочего тела терморезистора при температуре окружающей среды 20 °С, Ом..
Температурный коэффициент сопротивления αТ, выражающий в процентах изменение абсолютной величины сопротивления рабочего тела терморезистора при изменении температуры на 1 0С. Обычно значение αТ приводится для температуры 20 °С. Значение для любой температуры в диапазоне 20—150 °С определяется из соотношения:
,
где — коэффициент температурной чувствительности, зависящий от физических свойств материала, К; Т1 — исходя температура рабочего тела; Т2 — конечная температура рабочего тела для которой определяется значение αТ; RТ1 и RТ2— сопротивления рабочего тела терморезистора при температурах соответственно Т1 и Т2.
Наибольшая мощность рассеивания — мощность, при которой терморезистор, находящийся при температуре 20 °С, разогревается протекающим током до максимальной рабочей температуры.
Максимальная рабочая температура — температура, при которой характеристики терморезистора остаются стабильными длительное время (в течение указанного срока службы).
Постоянная времени τ — время, в течение которого температура терморезистора становится равной 63 СС при перенесении его из воздушной среды с температурой 0 °С в воздушную среду с температурой 100 °С, с. Таким образом, параметр τ характеризует тепловую инерцию терморезистора.
Постоянная времени τ представляет собой отношение теплоемкости С к коэффициенту рассеивания b:
τ = С / b.
Теплоемкость С — количество тепла, которое необходимо сообщить терморезистору, чтобы повысить температуру рабочего тела на 1 0С, Дж/°С.
Коэффициент рассеивания b — мощность, рассеиваемая терморезистором при разности температур рабочего тела и окружающей среды в 1 °С, Вт/град.
Терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом используются для измерения и регулирования температуры, термокомпенсации различных элементов электрической цепи, работающих в широком интервале температур, измерения мощности высокочастотных колебаний и индикации лучистой энергии, стабилизации напряжения в цепях постоянного и переменного токов, в качестве регулируемых бесконтактных резисторов и т. п.
Терморезисторы с положительным температурным коэффициентом (позисторы) изготовляются на основе титаната бария, легированного специальными примесями, которые в определенном интервале температур увеличивают свое удельное сопротивление на несколько порядков.
,
— коэффициент температурной чувствительности, зависящий от физических свойств материала, К; Т1 — исходя температура рабочего тела; Т2 — конечная температура рабочего тела для которой определяется значение αТ; RТ1 и RТ2— сопротивления рабочего тела терморезистора при температурах соответственно Т1 и Т2.