半导体电阻 半导体热敏电阻器的种类,检测以及注意事项

小编 2024-10-10 设计资源 23 0

半导体热敏电阻器的种类、检测以及注意事项

半导体热敏电阻器(以下简称热敏电阻)是使用对热极为敏感的半导体材料制成的电阻,它的电阻值随温度的变化而剧烈变化。电阻值随温度升高而变小的,称为负温度系数(NTC)热敏电阻;电阻值随温度升高而增大的,称为正温度系数(PTC)热敏电阻。目前应用较多的是负温度系数热敏电阻。

热敏电阻现在已被广泛应用在温度测量、温度控制、温度补偿、稳定电压、自动增益调整、微波功率测量、液面测量、气压测量、气体和液体分析、火灾报警、过负荷保护以及红外探测等多个方面。

种类和外形

热敏电阻按它的结构特征可分为直热式和旁热式两大类。

直热式热敏电阻的外形及电气图形符号如图2-9所示。这种类型的热敏电阻一般是用金属氧化物粉料挤压成杆状、片状及垫圈状等热敏电阻阻体(也有的是采用小珠成型工艺、蒸发工艺、印制工艺等制成的,如珠状热敏电阻、薄膜热敏电阻、厚膜热敏电阻、线状热敏电阻和塑料薄膜热敏电阻等),经过1 000~1 500℃高温烧结后,在阻体的两端或两表面烧附银电极,然后焊接电极引线和涂附防护层,即成了完整的热敏电阻。常用的这类热敏电阻的外形如图2-10所示。

图2-9 直热式热敏电阻外形与电气图形符号

旁热式热敏电阻的电气图形符号如图2-11 所示。这种热敏电阻除了有一个阻体外,还有一个用金属丝绕制成的加热器,阻体与加热器紧紧地耦合在一起,但相互之间是绝缘的,并密封于高真空玻璃壳中。当电流通过加热器时,发出热量使阻体的温度升高,阻体的阻值从而下降或上升,从这里可以看出电阻体阻值变化是加热器的温度变化所导致的,所以加热器对电阻体来说实际上是一个控制器,常见结构如图2-12所示。

图2-10 常见直热式热敏电阻外形

图2-11 旁热式热敏电阻电气图形符号

图2-12 常见旁热式热敏电阻外形与结构

主要技术参数

(1)标称电阻值(R25)

热敏电阻上标出的25℃时的电阻值。

(2)额定功率(PE)

热敏电阻在规定的技术条件下,长期连续工作所允许的消耗功率。在此功率下,电阻体自身温度不应超过最高工作温度 tmax(tmax是热敏电阻在规定的技术条件下长期连续工作所允许的最高温度)。

(3)加热器电阻值(Rr)

旁热式热敏电阻的加热器在规定环境温度下的电阻值。

(4)最大加热电流(Imax)

旁热式热敏电阻的加热器上允许通过的最大电流。

(5)最大加热电流下阻体阻值

旁热式热敏电阻在加热器上通过最大加热电流时,电阻体达到热平衡状态时的电阻值。

主要性能检测

欲精确测量热敏电阻器的阻值应使用电桥,不宜使用万用表。因为万用表测量其电阻电流时的电流较大,会使热敏电阻发热而造成阻值改变。但可以使用万用表判断其性能的好坏。具体方法如下:在室温下测量热敏电阻的阻值,应在其标称值附近。若阻值为零,则为内部击穿或短路;若阻值为无穷大或与标称值相差十分悬殊,则为断路或接触不良。在测量其电阻的同时,用手指捏住热敏电阻器(使其温度升高),或者利用电烙铁对其加热(不要接触上)。若其阻值随温度的变化而变化,说明其性能良好;若其阻值不随温度变化,说明其性能不好或已损坏。若电阻值随温度的升高而增大,是正温度系数的热敏电阻;反之,若电阻值随温度的升高而减小,则是负温度系数的热敏电阻。

选用注意事项

用于温度补偿和测温、控温方面的热敏电阻的种类很多,各有各的特色。应该根据补偿和测温、控温的对象,从特性、稳定性、互换性、结构等各方面来选择适合于不同场合的不同类型的热敏电阻。

一般情况下,热敏电阻在温度补偿和测量方面的使用,都是利用其伏安特性的直线部分。因此,在选用时尽量选择伏安特性起始部分线性较好的产品。

MF-11 型圆片状热敏电阻常用于半导体收音机电路中作温度补偿;RRC2 和 MF-15 型杆状热敏电阻可使用在 150~180℃的场合作控温元件;RRC1型线状热敏电阻机械性能好,灵敏度高,作为重油裂化炉和发动机的温度控制元件比较理想。

另外,在电工线路中还广泛使用着 NTC型功率热敏电阻,是一种可以通过1~10A强电流的负温度系数热敏电阻,多应用于白炽灯泡的软启动和家用电器的软启动电路中。限于篇幅,此处不再赘述。

物致理:电阻与半导体的工作原理

在自然界中,任何物体在某一状态下都具有电阻的特性,金属之所以容易导电,是因为金属本身的电阻比较小,而在金属中,银的电阻是最小的,但由于银是贵金属,所以它只能用在航空航天的高精密仪器上。对于以前的铝导线来说,由于它在空气中容易被氧气氧化,形成一层氧化物的薄膜覆盖在铝导线上,虽然能够起到保护铝导线的作用,但会增加电量的损耗,故而铝导线就渐渐的被铜导线取代了。

对于不易导电的塑胶而言,由于它本身的电阻大,对电流通过自身的阻碍作用也就相应的大些,故而塑胶常被用来做绝缘体。在物理学中,从欧姆定律中就能知道,对于一个纯电阻的导体而言,电阻的大小等于加在导体两端的电压与通过导体的电流的比值,即R=U/I,在此时中,R表示电阻,符号Ω,单位欧姆。但是电阻是物体的属性,跟导体两端的电压与通过的电流却没有半毛钱的关系。

因为不管导体中有没有电流通过,导体中总是有电阻,在电阻的决定式中,人们发现了导体的电阻跟导体的长度成正比,跟导体的横截面成反比,即R=ρL/S,在此时中,ρ为导体的电阻率,也就是说,电阻率ρ越大,物体的电阻也就越大,因此,物体的电阻大小跟物体的材质有着很大的关系。除此之外,物体的电阻还跟哪些物理因素有关呢?

在物理学中,温度一直是连接微观世界与宏观世界的桥梁,金属导体的温度升高时,金属内的自由电子的热运动加剧,因此,加在导体上的电场就越不容易使自由电子发生定向移动,自由电子的定向移动减弱,在导体中形成的电流也就越弱,故而金属导体的电阻也就随之温度的升高而增大了。

还有,金属原子是比较特殊的,在金属原子中,原子核总是在自己的范围内做简谐振动,当金属的温度升高时,原子核的简谐振动加剧,从而阻碍了核外电子做定向运动,进而增加了金属导体的电阻,所以当温度升高时,金属导体的电阻就会下降。但是,有些金属,在接近绝对零度的环境下,它的电阻几乎没有了,这就是传说中的金属的超导现象。

然而,大千世界无奇不有,导电的金属的电阻会随着温度的升高而增大,但有些物质的电阻却随之温度的升高而降低,例如我们熟悉的硅,它就是随着温度的升高电阻降低的,因此,硅被广泛的应用在了半导体元件的制作上。那么,物质硅为什么会呈现出半导体的特性呢?

由于物质是由分子构成的,而分子是由原子构成的,在原子与原子结合的时候,通常以价电子的方式进行结合的,这时的价电子就是被几个硅原子所共有了。当给硅加热时,硅中的价电子的平均动能就会增大,它会跳出价带中,越过禁带,进入到能带中,从而留下一个空穴。

当价电子进入到能带中后,这时的空穴在名义上就带上了等量的正电荷,这时在外加电场的作用下,能带中的电子就会发生定向移动,而价带中留下的空穴也会朝着电子的反方向运动,这时就形成了电流,空穴与价电子在半导体中就成为了载流子了。当温度继续升高时,会有更多的价电子跃迁到能带中,就有更多的载流子在半导体中运送电流了,因此通过半导体的电流就会相应容易些,半导体的电阻随温度的升高而增大就是这个理了。

也许有人会问,跃迁到能带中的价电子,当温度降到常温时,价电子会再重新跃迁会价带吗?在能带理论中,能带的能量要比价带高,当物体的温度降到常温时,价电子又会自发的跃回到价带中,并与空穴进行复合。价电子的这种跃迁跟骑车的人遇到坡道一样。

当人骑自行车上坡时,人会拼命的蹬自行车,使自行车获得更大的速度来冲上坡,当人骑自行车下坡时,人不需要用力就能自然的从坡顶滑倒坡底。也就是说,坡顶的重力势能要比坡底的高,人骑自行车下坡的时候自然就不需要出力气了。而价电子在半导体中的跃迁规律跟这个道理就是一样的了。

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