Лекция 13 (Лекции 1-16, без 15й)

Лекция №13

Для перехода электрона из одного зерна в другое ему нужно преодолеть не потенциальный барьер а более низкий потенциальный барьер

[1].

[2].

При достаточно больших напряжениях потенциальный барьер полностью исчезает, и сопротивление материала полностью определяется сопротивлением самих зерен. Варисторный эффект приводит к значительному уменьшению эффективного температурного коэффициента сопротивления позистора при их работе под нагрузкой. В связи с чем разрабатываются специальные технологии для изготовления позисторов с возможно менее выраженным варисторным эффектом. В частности, целесообразно изготавливать материалы с возможно более однородной по размерам зерен мелкокристаллической структурой, т. к. в них запорные слои будут менее выражены. Например, для получения мелкокристаллической структуры применяют добавки кальция. Японскими авторами предложена трехкомпонентная добавка , порядка 2%. Разработаны также полупроводниковые материалы на основе титаната бария и стронция для низковольтных варисторов с малым классификационным напряжением. Для получения могут использованы явления как развивающиеся на границе…, так и на границе металл-полупроводник для получения поверхностно-барьерных позисторов.

Характеристики и применение позисторов.

Основная характеристика позистора это температурная зависимость удельного сопротивления. При изменении частоты прикладываемого напряжения зависимость видоизменяется.

Рис. 1.

Выше базовой температуры схема замещения позистора выглядит

рис. 2

У позисторов на основе твердых растворов базовая температура равна - ; можно получить базовую температуру . Для различных типов позисторных материалов ВАХ могут быть кардинально различными.

Рис. 3.

Для варисторов на основе и получают микростуктуры и толстые слои, что ведет к большим величинам R25. Выделяющуюся мощность 1 и 2 Вт можно получить как для позисторов из одного и того же материала за счет разных размеров, так и за счет большего R25 (при 1 Вт), что легко достигается изменением состава (количество добавки) и (или) режима обжига. Для одного и того же позистора

рис. 4.

Из основной характеристики позистора с учетом ВАХ получается зависимость протекающего через позистор тока от времени (ампер-секундная характеристика)

рис. 5.

Основные группы применения позисторов.

1. В качестве датчиков температуры.

2. Саморегулирующиеся позисторные нагреватели.

Надежная работа таких нагревателей стала возможной, когда научились изготавливать позисторы больших размеров (размеры – 37*12 мм, толщина 2.2-2.5 мм) с мелкозернистой микроструктурой и однородностью свойств от зерна к зерну. Нагреватели, расчитанные на напряжение 220/110 В имеют R25=1 кОм, должно быть . Также, применяются нагревательные элементы с сотовой структурой. Позисторные нагеватели на рабочее напряжение 12/24 В имеют R25=2-10 Ом; нужно иметь материал с 10-100 . В современных автомобилях есть 20-25 точек, где применяются позисторные нагреватели.

1. В качестве реле для коммутации пусковых обмоток моторов компрессоров холодильников, кондиционеров.

Композиционные материалы с высокой электропроводностью.

Речь пойдет о материалах для изготовления резисторов объемного типа. Применяются такие резисторы высоковольтной электротехнике и электронике. Композиционные проводники в физическом смысле представляют собой гетерогенную многофазную систему. Проводимость, ТКС и другие свойства могут в определенных пределах регулироваться видом и соотношением компонентов. Главную (активную) функцию выполняют проводящие компоненты. Кроме проводимости проводящих компонентов на проводимость КМ оказывают влияние механические деформации от воздействия температуры, изменяющие размер контактного пятна между зернами или зазор между зернами( частицами компонентов). Изменение сопротивления от механических деформаций может иметь любой знак, в зависимости от значений КТР (коэффициент температурного расширения) и модуля упругости Е фаз. Это изменение суммируется с изменением величины удельного сопротивления проводящей фазы (знак которого зависит от вида проводящего материала), что может быть использовано для уменьшения температурной зависимости сопротивления КМ, либо для получения такой зависимости с требуемым знаком и величиной. Особенностью КМ является большое удельное сопротивление, которое может достигать и более, т. е. значений свойственных диэлектрикам. Однако, в отличие от диэлектриков полупроводящие композиции при известных условиях могут быть получены с малой зависимостью сопротилвения от температуры и напряжения. Это дает возможность изготавливать высокоомные резисторы при большом сечении резистивного элемента, что обеспечивает их надежность, в особенности при объемной конструкции. Следует отметить ряд преимуществ КМ, а именно: возможность получения резистивного элемента любой формы в виде объемного тела или в виде однородной пленки, но любой по форме и величине поверхности; возможность управления путем изменения состава композиции элеткрическими свойствами резисторов, в частности, возможность варьирования величины и знака ТКС. Недостатком композиционных резисторов является некоторая зависимость сопротивления от напряжения и большой уровень шумов, в особенности для высокоомных резисторов. Причиной является сравнительно грубая дисперсия проводящих компонентов. Уменьшение размеров частиц проводящего компонентов понижает уровень шумов, нелинейность ВАХ. Непрерывность проводящей фазы осуществима в том случае, если ее объемная концентрация в композиции превышает некоторый минимум, при котором возникает вероятность образования непрерывных, хотя и не прямых цепей, из контактирующих частиц проводника, диспергированного в композиции. Образование такой цепной структуры проводника облегчается при вытянутой форме его частиц, в частности, при использовании в качестве полупроводника некоторых видов саж, частицы которых самопроизвольно агрегируются в более-менее вытянутые цепочки, т. е. структурируются. В концентрационные зависимости сопротивления композиционного проводника имеется критическая концентрация, т. е. проводящего компонента, при котором начинается резкий рост проводимости. Критическая концентрация проводника тем меньше, чем больше фатор структурообразования и составляет в некоторых случаях несколько процентов от общего объема композиции. С уменьшением количества проводящих цепей в структуре КМ ухудшается воспроизводимость величин сопротивления. Для удовлетворительной воспроизводимости величин сопротивления необходимо наличие некоторого минимального количества проводящих цепей в общем сечении композиции. Это количество проводящих цепей соответствует критической концентрации в проводящей композиции. Существует много видов резистивных композиций на основе органического связующего и неорганического. В качестве неорганического связующего может быть стекло, бетон, керамика. По конструкции и типам исполнения резисторы бывают пленочные и объемные. В качестве проводящей компоненты применяют углерод в виде сажи и графита, а также карбиды, бориды, силициды металлов, а также некоторые оксиды металлов со сравнительно высокой проводимостью, реже порошки металлов.