Техника - молодёжи 1952-04, страница 14

Нагревание меняет сопротивление термистора. По величине сопротивления, из-меряемого электрической схемой, можно узнать температуру среды, в которую внесен термистор..

дого электрона, перепрыгнувшего через «барьер», в основной зоне остается полость — «дырка». Другим электронам, имеющим несколько меньшую энергию, с помощью электрического поля можно сообщить «ускорение» для перехода в эту «дырку». В нашем примере с автомобилями это соответствует тому, что некоторые автомобили получили возможность передвижения, освобождая дорогу другим.

Следующая группа электронов, с еще меньшей энергией, тотчас

Термистор измеряет температуру отдаленного источника тепла.

занимает места, покинутые предыдущими, и процесс продолжается.

Электрическое поле одновременно является и «сортировщиком» и «регулировщиком». Оно создает строго упорядоченное движение электронов в одну сторону и «дырок» в другую. Это значит, что проводимость в данном случае носит двойственный характер. Она осуществляется за счет электронов

Термистор регулирует работу усилителя.

в зоне проводимости и «дырок» в основной зоне, теперь заполненной электронами не полностью.

«Дырка» эквивалентна частице, имеющей заряд, равный заряду электрона, но противоположный ему по знаку.

Число электронов, участвующих в токе проводимости, с повышени

ем температуры быстро увеличивается. Этим процессом и объясняется такой высокий отрицательный температурный коэфициент сопротивления полупроводников.

Проводимость большинства полупроводников в значительной мере зависит от наличия в них примесей. Примесями могут являться не только чужеродные атомы, но и свои, не вошедшие в стройную систему кристаллической решетки вещества.

С повышением концентрации примеси электропроводность сильно увеличивается. Так, например, тысяча частей примеси на миллион частей полупроводника может повысить его электрическую проводимость при комнатной темпераг туре в 10 миллионов (10⁷) раз!

Увеличения электропроводности можно достигнуть, и применив специальную термическую обработку.

Термическая обработка сильно влияет на кристаллическую структуру твердого вещества.

Такая обработка применяется при изготовлении термисторов.

Посмотрим, почему же так сильно изменяется электропроводимость полупроводников при наличии в них примесей.

Атомы примесей, не вошедшие в стройную систему кристаллов твердого тела, создают в запрещенной области либо вблизи к основной зоне, либо к зоне проводимости, дополнительные Уровни. Это приводит как бы к «сужению» запрещенной области, и электроны «возбуждаются» уже при более низких температурах, чем в «чистом» полупроводнике.

Уровни атомов примесей проявляют прямо противоположные «характеры». Одни из них очень любят «общество», а другие, наоборот, жаждут «одиночества». Предмет их «расположения» или «неприязни» -электроны. Когда уровни атомов примесей располагаются рядом с основной зоной, они имеют свободные места и поэтому могут «жадно» захватывать из этой зоны электроны. Это ведет к уже знакомому нам процессу «дырочной» проводимости.

Если же уровни атомов примесей находятся ближе к зоне проводимости, то они стремятся к «одиночеству», отдавая свои электроны в эту зону. Значит, для того чтобы создать электрический ток в полупроводнике с примесями, электронам вовсе не обязательно перескакивать через «барьер» — запретную зону. Для этого им необходима лишь небольшая энергия, чтобы пробраться в атомы примесей или покинуть их.

ТЕРМИСТОРЫ В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ

Термисторы нашли себе множество разнообразных применений.

Есть в основном два метода использования термисторов. В первом случае используют изменение сопротивления тсрмистора при нагреве его проходящим током. На этом основано устройство реле времени, схемы предохранения машин от толчков тока, схемы для поддержания I неизменного напряжения и других приборов. Другой способ использует изменение сопротивления термистора при нагреве его за счет тепла, полученного извне.

В зависимости от назначения и условий работы термисторы имеют самые различные размеры и электрические параметры. Одни из них — величиной с булавочную головку, другие, работающие при высокой температуре, помещаются в стеклянную колбу, из которой, чтобы предохранить полупроводник от окисления, откачан воздух.

Электрические двигатели требуют при своем включении ограничения силы пускового тока. С целью уменьшения пускового тока в цепь якоря или ротора ставят последовательно большие регулируемые сопротивления—реостаты. При запуске, по мере того как двигатель набирает скорость, это сопротивление уменьшают и выключают вовсе. Но наличие такого реостата создает неудобства в эксплуатации электрических машин. На помощь здесь приходят термисторы, которые включаются в цепь якоря или ротора так же, как и реостат. Поскольку термистор имеет большое «холодное» (начальное) сопротивление, ток через машину при включении течет небольшой. По мере того как сопротивление термистора уменьшается от нагревания протекающим по нему током, возрастает ток в якоре и двигатель плавно пускается в ход.

Огромное значение для многих отраслей науки и техники, а также для ряда производств имеет точное измерение температуры.

Высокая чувствительность термисторов к окружающей температуре представляет широкие возможности для создания простых, но вполне надежных электрических схем измерения, регулировки и контроля температуры. Ведь колебаний температуры тотчас же и разительно сказываются На величине сопротивления термистора.

Высокий температурный коэфициент термисторов дает возможность достигнуть чувствительности в десятки раз большей, чем та, которой обладают термометры сопротивления, в которых используются проводники.

Примененный в качестве чувствительного термометра в простой измерительной схеме термистор легко может обнаружить изменение температуры на 0,0005°С, в то Бремя как дорогостоящий прецизионный термометр с платиновым сопротивлением, требующий специального оборудования, замечает изменения лишь в 0,003°С.

Термисторы применяются для измерения температуры подшипников двигателей в турбинах, для измерений температуры в воздушных потоках или жидкостях.

Термистор диаметром в несколько десятых миллиметра может быть использован для внутреннего измерения температуры крови.

12