Моделирование характеристик термистора

Терморезистор - это резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры.

Термистор - это полупроводниковый терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.

В термисторах прямого подогрева сопротивление изменяется или под влиянием теплоты, выделяющейся в них при прохождении электрического тока, или в результате изменения температуры термистора из-за изменения его теплового облучения (например, при изменении температуры окружающей среды).

Уменьшение сопротивления полупроводника с увеличением температуры (отрицательный температурный коэффициент сопротивления) может быть вызвано разными причинами - увеличением концентрации носителей заряда, увеличением интенсивности обмена электронами между ионами с переменной валентностью или фазовыми превращениями полупроводникового материала.

. Первое явление характерно для термисторов, изготовленных из монокристаллов ковалентных полупроводников (кремний, германий, карбид кремния, соединений AIIIBIV и др.). Такие полупроводники обладают отрицательным температурным коэффициентом сопротивления в диапазоне температур, соответствующих примесной электропроводности, когда не все примеси ионизированы, а также в диапазоне температур собственной электропроводности, когда концентрация носителей изменяется из-за ионизации собственных атомов полупроводника. И в том и в другом случае зависимость сопротивления полупроводника определяется в основном изменением концентрации носителей заряда, так как температурные изменения подвижности при этом пренебрежимо малы.

. Основная часть термисторов, выпускаемых промышленностью, изготовлена из оксидных полупроводников - оксидов металлов переходной группы таблицы Д. И. Менделеева (от титана до цинка). Электропроводность оксидных полупроводников с преобладающей ионной связью отличается от электропроводности ковалентных полупроводников. Для металлов переходной группы характерны наличие незаполненных электронных оболочек и переменная валентность. В результате при образовании оксида в определённых условиях (наличие примесей, отклонение от стехиометрии) в одинаковых кристаллографических положениях оказываются ионы с разными зарядами. Электропроводность таких материалов связана с обменом электронами между соседними ионами. Энергия, необходимая для такого обмена, экспоненциально уменьшается с увеличением температуры. В результате изменения интенсивности обмена электронами между ионами температурная зависимость сопротивления термистора из оксидного полупроводника имеет такой же характер, как и у термисторов из ковалентных полупроводников, но коэффициент температурной чувствительности в этом случае отражает изменение интенсивности обмена электронами между ионами, а не изменение концентрации носителей заряда.

. В оксидах ванадия V2O4 и V2O3 при температуре фазовых превращений (68 и - 110оС) наблюдается уменьшение удельного сопротивления на несколько порядков. Это явление также может быть использовано для создания термисторов с большим отрицательным температурным коэффициентом сопротивления в диапазоне температур соответствующих фазовому превращению.

Рис. 103. Схема моделирования термистора

Параметры моделирования:

.DC LIN I_I1 0.0001 0.4 0.0001

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC" \SCHEMATIC1.net"

Рис. 104. График ВАХ термистора

На начальном участке разогрев термистора незначителен, поэтому его дифференциальное сопротивление положительное. С ростом рабочего тока увеличивается мощность, выделяющаяся в термисторе, что приводит к разогреву прибора и уменьшению его сопротивления, т.е. к снижению падения напряжения на нём.

Параметры моделирования:

.DC LIN I_I1 0.0001 0.4 0.0001

.TEMP -10 27 125

.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC " \SCHEMATIC1.net"

Рис. 105. График ВАХ термистора при разных внешних температурах

При малых температурах окружающей среды сопротивление термистора определяется только внутренним разогревом, т.е. протекающим через него током.

С ростом температуры окружающей среды возникает дополнительный разогрев термистора, поэтому максимум ВАХ термистора наблюдается при меньших напряжениях.

Выводы

Данная работа показала, что компьютерное моделирование является мощным современным методом исследования характеристик полупроводниковых приборов. В качестве достоинств данного метода можно отметить безопасность моделирования, быстроту, а большая база электронных элементов позволяет разнообразить учебный процесс. Данные наработки по моделированию можно использовать при построении физических аналогов лабораторных макетов исследованных полупроводниковых приборов.

Читайте также

Особенности работы современного средства автоматической радиолокационной прокладки (САРП)
Устройство компьютерной индикации, совмещенное со средствами автоматической радиолокационной прокладки (САРП) и с электронной картографической системой, размещаемых в ходовой рубке судн ...

Проект устройства со световыми эффектами на основе микроконтроллера ATtiny12 семейства AVR фирмы Atmel
Популярность микроконтроллеров ATtiny постоянно увеличивается. Не последнюю роль в этом играет соотношение показателей «цена/ быстродействие/ энергопотребление», являющееся одним из ...

Программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить эксперименты по одновременному управлению несколькими мобильными объектами
В настоящее время в области искусственного интеллекта (ИИ) происходят заметные преобразования. Источниками этих преобразований служат распределенный искусственный интеллект (РИИ), центра ...