Фоторезистор (фс, фр) представляет собой полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется под действием светового потока.

                              Терморезисторы

Терморезисторы, или термисторы (ТР) - полупроводниковые резисторы с нелинейной ВАХ, которые отличаются наличием резко выраженной зависимости электрического сопротивления от температуры. Существуют терморезисторы как с отрицательным, так и с положительным температурным коэффициентом сопротивления - позисторы .

Основные применения ТР:

- как датчик в системах измерения и регулирования температур;

- в схемах температурной компенсации устройств, в частности, для термокомпенсации генераторов и для стабилизации режимов транзисторных каскадов;

- как датчик в приборах для измерения мощности, глубины вакуума, скоростей движения жидкостей и газов и др.;

- в качестве ограничителей и предохранителей и др.

Свойства терморезисторов определяются температурной характеристикой, которая представляет зависимость сопротивления R от температуры Т (рис. 1) и носит экспоненциальный характер:

                                      ,                          (1)

где  - постоянная, характеризующая материал и размеры термистора;

В - коэффициент температурной чувствительности, который постоянен для данного терморезистора и зависит от свойств его материала.

Нелинейные свойства терморезисторов характеризуются статической вольтамперной характеристикой, которая представляет зависимость напряжения V на терморезисторе в установившемся режиме от протекающего через него тока (рис. 2). 

Рис. 1. Температурная характеристика терморезистора.

Рис. 2. Три основных типа статических вольтамперных характеристик термисторов прямого подогрева

Некоторые терморезисторы имеют вольтамперную характеристику, которая при больших токах идет параллельно оси абсцисс, т. е, имеет участок насыщения (кривая 2). У терморезисторов третьего типа (кривая 3) возрастание тока приводит к уменьшению напряжения и вольтамперная характеристика имеет падающий участок. Терморезисторы этого типа нашли широкое применение в устройствах автоматического управления, защиты и сигнализации.

Термисторы характеризуют следующими основными параметрами.

Номинальное сопротивление Rн - электрическое сопротивление, значение которого обозначено на ТР или указано в сопроводительной документации, измеренное при определенной температуре окружающей среды (для большинства типов ТР при 20 °С, а для ТР с высокими рабочими температурами до 300 °С - при 150 °С). Конкретные значения номинальных сопротивлений устанавливаются в основном по ряду Е6 либо Е12. Другие ряды используются редко.

Температурный коэффициент сопротивления ТКС - так же как и в обычных линейных резисторах характеризует обратимое изменение сопротивления на один градус Кельвина или Цельсия.

Максимально допустимая мощность рассеяния Р_max - наибольшая мощность, которую длительное время может рассеивать ТР, не вызывая необратимых изменений характеристик, при этом его температура не должна превышать максимальной рабочей температуры.

Коэффициент температурной чувствительности В - определяет характер температурной зависимости данного типа ТР. Этот коэффициент наиболее известен как постоянная В, зависящая от физических свойств полупроводникового материала, из которого выполнен термочувствительный элемент.

Постоянная времени τ- характеризует тепловую инерционность. Она равна времени, в течение которого температура ТР изменяется на 63% при перенесении его из воздушной среды с температурой 0 °С в воздушную среду с температурой 100°С.

                              Фоторезисторы  

В полупроводниковом фоточувствительном слое фоторезистора, находящемся в темноте, будет протекать ток, который называют темновым и обозначают I_т. Световой поток, падая на фоточувствительный слой фоторезистора, вызывает генерацию дополнительных носителей заряда. Участвуя в электропроводности, они создают дополнительную проводимость, называемую фотопроводимостью. Общий ток проводимости фоторезистора называют световым и обозначают I_св. Разность между световым и темновым токами называется первичным фототоком проводимости I_ф= I_св - I_т.

При воздействии освещения происходит процесс нарастания избыточной концентрации носителей, а при выключении освещения — ее спад. Эти явления называются релаксацией фотопроводимости. 

Релаксационная кривая спада (рис. 1.8) фотопроводимости представляесобой экспоненту.

Рис. 1.9. Устройство фоторезистора и схема его включения:

Конструкция фоторезистора и технология его изготовления: на стеклянную пластину 1 (рис. 1.9) наносят слой металла (золото, серебро или платины). В металлическом слое прорезают щель для разделения его на два электрически изолированных электрода 3. Затем на поверхность металла наносят полупрозрачный слой полупроводника 2 (толщиной не более средней глубины проникновения света). Для защиты от внешних воздействий фотоэлемент покрывают слоем лака и монтируют в корпус, который оборудован окном для проникновения света и штырьками (или гибкими выводами) для включения в схему.

                               Магниторезисторы

Магниторезисторы (МР, МС) - полупроводниковые резисторы с резко выраженной зависимостью электрического сопротивления от магнитного поля.

Действие МР основано на использовании магниторезистивного эффекта, который заключается в изменении сопротивления резистора при внесении его в магнитное поле. Регулируя напряженность управляющего магнитного поля или перемещая резистор в поле постоянного магнита, можно управлять сопротивлением. Их используют в регуляторах громкости высококачественной радиоаппаратуры, в качестве датчиков угла поворота в специальных устройствах автоматики и т.п.

Основной характеристикой магниторезистора является зависимость его сопротивления от индукции воздействующего магнитного поля. Для оценки магниторезисторов пользуются магниторезистивным отношением сопротивления при воздействии магнитного поля R_в с определенным значением индукции (обычно 0,5 или 1 Т) к номинальному сопротивлению R₀ при отсутствии магнитного поля.

Для создания магниторезисторов используется антимонид индия, теллуриды кадмия и ртути.

При малых магнитных полях эффект магнитосопротивления квадратичен относительно поля, а при больших становится линейным.

                               Тензорезисторы

Тензорезистор (МР) – это резистор, в котором сопротивление зависит от механической деформации.

При приложении давления к полупроводнику с кристаллической структурой происходит изменение его удельной проводимости.

Основной характеристикой, определяющей свойства тензорезистора, является деформационная характеристика, которая представляет зависимость его относительного сопротивления ∆R/R от относительной деформации ∆l/l. При измерении усилия деформации стараются работать на линейном участке характеристики, причем при измерении усилий растяжения применяют тензорезисторы из кремния р-типа, а при сжатии n-типа (рис.1.10).

Величина сопротивления тензорезистора при отсутствии деформации при температуре 20°С называется номинальным R_ном. Коэффициент тензочувствительности К=(∆R/R)/(∆l/l), где ∆R/R - относительное изменение сопротивления тензорезистора. Этот коэффициент является переменной величиной, зависящей от температуры и относительной деформации.

Перегрузочная способность тензорезистора определяется по предельной деформации (∆l/l_max). Этот параметр зависит от площади и способа обработки сечения полупроводникового стержня и его превышение приводит к выходу прибора из строя.

Для изготовления тензорезисторов широко применяется кремний, обладающий высокой тензочувствительностью и термостойкостью. Тензорезистивный эффект наблюдается также в германии, антимониде индия, фосфиде индия, арсениде галлия, антимониде галлия.

Из распространенных способов изготовления терморезистора следует отметить следующие: диффузия примесей в пластинку полупроводника; производство из германиевой дендритной ленты; выпиливание тензочувствительных элементов из монокристалла полупроводника; нанесение эпитаксиальных пленок полупроводника на диэлектрические и полупроводниковые подложки.

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры