§ 3.20. Термисторы и фоторезисторы

Полупроводниковые диоды и транзисторы не исчерпывают все возможности полупроводников. Познакомимся еще с двумя типами полупроводниковых приборов.

Полупроводниковые приборы, о которых пойдет речь в этом параграфе, имеют значительно более простую конструкцию, чем диоды и транзисторы. Они представляют собой всего-навсего небольшие кристаллики полупроводника с контактами. Однако, благодаря замечательным свойствам полупроводников, даже эти простейшие приборы способны решать множество трудных, важных и интересных задач в самых разных областях науки и техники. Мы ограничимся рассмотрением лишь двух приборов: термистора и фоторезистора.

Термисторы

Электрическое сопротивление полупроводников зависит от температуры (см. § 3.15). Если эта зависимость для того или иного полупроводника известна (экспериментально исследована), то по изменению сопротивления полупроводника можно судить об изменении температуры.

Такие полупроводниковые приборы и называют терморезисторами или сокращенно термисторами.

Выпускаются термисторы в виде стержней, трубок, дисков, шайб и бусинок размером от нескольких микрометров до нескольких сантиметров.

Термисторы имеют много интересных «профессий». Их используют для измерения и регулирования температуры в диапазоне от 1 К до 1800 К (температура расплавленной стали), для температурной стабилизации различных элементов электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры. Их применяют для противопожарной сигнализации, для контроля тепловых режимов машин и механизмов, контроля температуры тяжелобольных в реанимационных палатах, дистанционного наблюдения за состоянием здоровья редких и ценных животных, для изучения излучения Солнца и звезд. Терморезисторы используются так же, как бесконтактные переменные резисторы, реле времени, автоматические потенциометры, предохранители и т. д.

Рассмотрим более подробно использование термистора в качестве бесконтактного переменного резистора.

В обычном переменном резисторе, применяемом в радиоприемниках, телевизорах и другой радиотехнической аппаратуре, металлический контакт перемещается по токопроводящему слою и постепенно стирает его. Резистор выходит из строя. А ведь в телевизоре, радиоприемнике мы поворачиваем ручку переменного резистора всего лишь несколько раз в день.

Между тем существуют схемы (например, схемы автоматического регулирования), в которых необходимо изменять сопротивление несколько раз в минуту. Обычный переменный резистор с этой задачей не справится.

Незаменимыми в таких случаях оказываются так называемые термисторы с косвенным подогревом. Такой прибор представляет собой термистор, вблизи которого располагается миниатюрная подогревная обмотка. При пропускании по этой обмотке тока она нагревается, нагревает термистор, поэтому его сопротивление изменяется.

Сопротивление обмотки подогревателя составляет обычно несколько десятков ом, сила тока подогрева — 20—40 мА. Так что мощность, необходимая для управления сопротивлением термистора, невелика — порядка десятых или даже сотых долей ватта. Миниатюрные размеры термистора и подогревной обмотки позволяют сконструировать термисторы с косвенным подогревом, обладающие малой тепловой инерцией: при изменении силы тока в обмотке подогревателя новое значение сопротивления устанавливается уже через 5—20 с.

Важным преимуществом термисторов с косвенным подогревом перед обычными потенциометрами является возможность очень легко регулировать сопротивление дистанционно, на любом расстоянии от управляемого объекта или схемы.

Очень эффективным оказывается использование термисторов с косвенным подогревом для измерения скорости движения жидкостей или газов. Принцип измерения основан на том, что при неизменной силе тока в подогревной обмотке температура термистора будет тем меньше (а сопротивление, соответственно, тем больше), чем быстрее обтекается термистор потоком воздуха или жидкости, в которую термистор погружен. Такими приборами можно измерить и очень малые скорости потоков жидкостей и газов, вплоть до 1 мм/с.

Окончание параграфа >>>