Терморезисторы (ТР) — это полупроводниковые тепловые приборы, способные изменять свое электрическое сопротивление при изменении их температуры. Наибольшее распространение получили терморезисторы (ТР) с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС).
По конструкции и назначению различают ТР прямого и косвенного подогрева. ТР прямого подогрева изменяют свое сопротивление под влиянием тепла, выделяющегося в них при прохождении электрического тока, или в результате изменения температуры окружающей среды. В ТР косвенного подогрева имеется подогреватель, который служит дополнительным источником тепла. Сопротивление такого ТР изменяется за счет энергии подогревателя.
Уменьшение сопротивления полупроводника от увеличения температуры может быть вызвано возрастанием концентрации носителей заряда или их подвижности или фазовыми превращениями полупроводникового материала.
Температурное изменение сопротивления ТР имеет экспоненциальный характер.
Большую часть ТР с отрицательным ТКС изготовляют из поликристаллических оксидных полупроводников. Обычно используют смеси оксидов никеля и марганца; никеля, марганца и кобальта; меди, кобальта и марганца и др. Методами керамической технологии путем высокотемпературного обжига заготовок из оксидных полупроводников изготовляют ТР в форме стержней, трубок, дисков. На рис. 3.62 показано устройство терморезистора. При этой технологии велик разброс параметров однотипных образцов ТР.
Эти недостатки устраняют в ТР, изготовленных из монокристаллов ковалентных полупроводников (кремния, германия, карбида кремния и др.). Зависимость сопротивления этих полупроводников определяется в основном изменением концентрации носителей заряда
Примерами промышленных образцов ТР служат приборы типов СТ1-19, СТ3-21, СТ3-25, КМТ-1 и др. ТР применяются для стабилизации напряжения, измерения мощности СВЧ колебаний, индикации лучистой энергии, измерения и регулирования температуры и термокомпенсации элементов в электрических схемах.
Правила монтажа и эксплуатации полупроводниковых приборов
Правила монтажа
При монтаже электронных схем транзисторы крепят за корпус. Чтобы не нарушить герметизацию, изгиб внешних выводов выполняют не ближе 10 мм от проходного изолятора (если нет других указаний). Запрещается изгиб жестких выводов мощных транзисторов.
Пайку внешних выводов электродов производят не ближе 10 мм от корпуса паяльником мощностью до 60 Вт легкоплавким припоем с температурой плавления около 150 °С. В процессе пайки необходимо обеспечить хороший отвод тепла между корпусом прибора и местом пайки и выполнять ее возможно быстрее (не более 3 с).
Транзисторы нельзя располагать вблизи тепловыделяющих элементов (сетевых трансформаторов, мощных резисторов), а также в сильных электромагнитных полях. Следует предусматривать защиту транзисторов от воздействия влаги и радиации.
Мощные транзисторы необходимо плотно соединять с радиатором. Для улучшения теплового контакта поверхности транзистора и радиатора рекомендуется смазывать невысыхающим маслом или припаивать легкоплавким припоем. В схемах, требующих изоляции транзисторов от шасси, с целью снижения теплового сопротивления изоляционной прокладки целесообразна изоляция не транзистора от теплоотвода, а теплоотвода от шасси.
Правила эксплуатации
При включении транзистора в схему необходимо уточнить их структуру (p-n-p или n-p-n) и соблюдать полярность подключения внешних источников. К внешним зажимам эмиттера и базы напряжение источника подключают в проводящем, а к коллекторному переходу — в обратном направлении. При подключении транзистора к источнику питания первым присоединяют вывод базы, последним вывод коллектора, а при отключении — в обратном порядке. Запрещается подавать напряжение на транзистор с отключенной базой.
Для увеличения надежности и долговечности приборов рабочие напряжение, ток, мощность и температуру необходимо выбирать меньше предельно допустимых (около 0,7 их значения).
Не допускается использовать транзисторы в совмещенных предельных режимах хотя бы по двум параметрам (например, по току и напряжению).
Причины отказов
Отказы в работе полупроводниковых приборов вызываются механическими дефектами, неправильной эксплуатацией, нарушениями температурных условий работы и др. Причина коротких замыканий в транзисторах— неравномерная толщина базы, трещина в p-n переходах и др. Причём при ряде дефектов, например пробое одного перехода, транзистор не теряет полностью свою работоспособность, а трансформируется в более простой прибор — диод.
При слишком большой скорости нарастания тока тиристора может произойти разрушение кристалла прибора. Вследствие дефектов p-n переходов тиристоры, так же как и биполярные транзисторы, могут трансформироваться в более простые полупроводниковые приборы. Например, триодный тиристор может работать из- за дефектов p-n переходов как диодный тиристор или диод. Должны быть приняты меры, чтобы такие дефекты не вызывали опасные нарушения в работах систем.
У полупроводниковых приборов внезапные отказы обусловлены пробоем p-n переходов, обрывами и перегревами внутренних выводов, короткими замыканиями в структуре, растрескиванием кристалла. Большая часть (~90 %) внезапных отказов полупроводниковых приборов приходится на пробои p-n переходов. Вероятность обрыва или перегорания внутренних выводов возрастает при воздействии на полупроводниковый прибор вибраций, ударов, а также цикличных изменениях его температурных условий. Интенсивность внезапных отказов практически не зависит от времени. Старение полупроводниковых приборов обусловлено возрастанием интенсивности постепенных отказов. Срок службы полупроводниковых приборов составляет более 104 часов.
Постепенные отказы вызываются физическими и химическими процессами в объёме и на поверхности кристалла, сплавов и припоев контактов. Они проявляются в форме постепенного роста обратных токов p-n переходов, снижения коэффициентов передачи токов транзисторов, увеличения уровня собственных шумов.