Техника изготовления и свойства

Для терморезисторов с положительным ТКС характерна более тесная связь между технологией изготовления и вытекающими отсюда свойствами приборов, чем для терморезисторов с отрицательным ТКС. При изготовлении терморезисторов с отрицательным ТКС правильно выбранный состав и приемлемая чистота исходных материалов позволяют избежать таких дефектов, как растрескивание в дисковых приборах. Получаемый в результате керамический прибор обладает удельным сопротивлением и ТКС, близкими к заданным. У терморезисторов с положительным ТКС низкотемпературное удельное сопротивление, положение, крутизна и протяженность участка с положительным ТКС, а также чувствительность к приложенному напряжению критически зависят от стехиометрии и состава исходных материалов, а также от температуры, продолжительности и состава атмосферы в процессе спекания.

Такое различие в требованиях к степени точности регулирования параметров процесса изготовления двух типов терморезисторов объясняется тем, что основные свойства терморезисторов с отрицательным ТКС определяются явлениями в объеме полупроводникового материала, тогда как свойства терморезисторов с положительным ТКС зависят прежде всего от поверхностных явлений на границах зерен в поликристаллической керамике. Так как поверхность зерен подвержена сильному влиянию различных примесей, прочно входящих в кристаллическую структуру, или изменений состава атмосферы при спекании, то это требует более жесткого контроля параметров на всех этапах производственного процесса, чтобы гарантировать воспроизводимость химических и электронных состояний на границах раздела зерен

Технология изготовления

Методика изготовления терморезисторов с положительным ТКС аналогична описанной ранее для терморезисторов с отрицательным ТКС; схема последовательности технологических операций приведена на рис 19.

1.2.5 Электрические характеристики

Электрические свойства терморезисторов с положительным ТКС определяются крутизной участка с положительным ТКС на температурной характеристике сопротивления. Этот участок вместе с вольт-амперной характеристикой определяет весь тот комплекс свойств, который необходим для применения данного типа терморезисторов. Так как поведение сопротивления на этом участке является аномальным, то мы не располагаем простыми выражениями, описывающими свойства такого терморезистора во всем его рабочем диапазоне. Поэтому лучше всего пользоваться приближенными формулами, которые справедливы только для ограниченного участка рабочего диапазона.

Температурные характеристики сопротивления.

Зависимость сопротивления терморезистора от температуры (относительно его значения при комнатной температуре), а также крутизна области с положительным ТКС могут изменяться в очень широких пределах, что подтверждается экспериментальными данными, приведенными на рис. 17. Каждую температурную кривую сопротивления можно рассматривать как разновидность основной характеристики, показанной на рис. 20. Последняя состоит из участка с отрицательным ТКС, простирающегося до температуры Т_В, участка с положительным ТКС, расположенного между температурами Т_В и Т_Р с максимальным ТКС при температуре Т_С, и второго участка с отрицательным ТКС при температуре выше Т_Р.

В области между Т_В и Т_Р логарифм сопротивления приблизительно пропорционален температуре, тогда в результате некоторых преобразований получим следующую зависимость:

, (3.1)

где коэффициент , а постоянная, соответствующая постоянной материала B у терморезисторов с отрицательным ТКС.

Следует отметить, что все приведенные выражения являются лишь приближенными и не могут быть использованы для точных практических расчетов сопротивления в широком интервале температур. Обычно точные сведения получают графическим построением на основе экспериментальных данных.

До сих пор еще не согласован вопрос о какой-то стандартной температуре, которую можно было бы использовать для определения начала резкого изменения положительного ТКС терморезисторов. В настоящее время приняты два определения. Согласно одному из них в качестве стандартной рекомендуется температура, соответствующая максимальному положительному наклону температурной характеристики сопротивления (на экспериментальных кривых эта температура часто соответствует точке перегиба). По другому определению за стандартную температуру принимается та, при которой сопротивление прибора равно его удвоенному минимальному значению.

Если говорить о реальных приборах, то ни одно из этих определений не является удовлетворительным, поскольку обе указанные температуры трудно определить. Потребители терморезисторов с положительным ТКС должны обращать особое внимание на температуру, указываемую тем или иным изготовителем, так как у приборов с одинаковыми температурными характеристиками температуры скачкообразного изменения сопротивления могут отличаться друг от друга даже на 20°С, если они определялись различными методами. В реальных условиях потребителю и изготовителю следует сообща устанавливать пределы сопротивления при двух температурах на участке температурной характеристики с положительным ТКС, которые лежат внутри критического интервала рабочих температур.

Все измерения сопротивления и его температурной характеристики нужно выполнять при каком-то заданном напряжении, так как сопротивление терморезистора с положительным ТКС зависит до некоторой степени от прикладываемого к нему напряжения. Этим эффектом, который иногда называют варисторным, можно управлять, регулируя состав и структуру материала или режим спекания. На рис. 21 показаны температурные характеристики сопротивления промышленных резисторов с положительным ТКС, снятые при двух значениях напряженности электрического поля.

Видно, что чувствительность по напряжению мала при низких температурах, но становится значительной при температурах выше точки Кюри для данного материала. Поэтому сопротивление при большой напряженности поля измеряют в импульсном режиме, чтобы избежать саморазогрева. Если определять чувствительность по напряжению как отношение максимального сопротивления при напряженности поля Е к максимальному сопротивлению при напряженности Е=1 В/мм, тогда кривая, построенная на рис. 22, демонстрирует изменение чувствительности по напряжению прибора, температурные характеристики сопротивления которого приведены на рис. 21, в зависимости от напряженности внешнего поля.

Коэффициент рассеяния. Стационарный коэффициент теплового рассеяния, обычно выражаемый в милливаттах на градус Цельсия (мВт/°С), связывает мощность, выделяемую прибором, с превышением его температуры относительно температуры окружающей среды. Факторами, определяющими тепловое рассеяние, являются конструкция прибора (эффективная излучающая площадь поверхности), способ создания контактов (диаметр, длина и материал выводов или контактных прижимов при отсутствии выводов), состав и температура окружающей среды, а также скорость потока в окружающей среде.

Коэффициент рассеяния определяют по известной температурной характеристике сопротивления и вольт-амперной характеристике, которые снимают при заданном тепловом режиме. Для этого начало координат соединяют прямой линией с точкой на вольт-амперной характеристике. Наклон этой линии определяет сопротивление прибора, а произведение напряжения и тока дает мощность в этой точке. Температуру Т₁ можно найти из температурной зависимости сопротивления, так что коэффициент рассеяния

(3.2)