Глава 10. Химия и технология позисторной

КЕРАМИКИ (лекции 18-19)

10.1. Назначение и принцип действия позисторов

Терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления – позисторы обладают аномальной температурной зависимостью удельного сопротивления и спецификой вольт-амперной характеристики (ВАХ), которые во многом определяют сферу применения позисторов. В соответствии с указанными характеристиками и сферой применения позисторы можно разделить на две большие группы:

1. температура и режим работы позисторов определяются током, протекающим через него (режим больших нагрузок), в этом случае применение позисторов основано на использовании их ВАХ;

2. сопротивление и режим работы позисторов определяются, в основном, температурой окружающей среды (режим малых нагрузок), в этом случае применение позисторов основано на температурной зависимости их удельного сопротивления.

Позисторы первой группы широко используются в качестве нагревательных элементов саморегулирующихся термостатов, обеспечивая высокую точность поддержания температуры. Для нагревательных элементов необходимы материалы с широким диапазоном значений удельного сопротивления и температур переключения, а также с высокой электрической прочностью при высоких рабочих температурах и напряжениях питания. К этой группе можно отнести позисторы, используемые в качестве термотоковых переключателей многократного действия для защиты электроаппаратуры от перегрева и короткого замыкания в цепи.

Позисторы второй группы применяются, в основном, для дистанционного измерения и регулирования температуры. В этом случае важно отсутствие саморазогрева и варисторного эффекта (резкая зависимость сопротивления в параэлектрической области от приложенного напряжения).

По виду температурной кривой позисторы делятся на два типа – с плавным изменением R(T) в довольно широком (50…+100°С) интервале температур и с резким скачком R(T) в сравнительно узком (несколько десятков градусов) температурном диапазоне. Материалы с плавным изменением R(T) используются в температурных датчиках, в схемах стабилизации температуры и в регуляторах мощности. Керамика с резким ростом R(T) применяется преимущественно в датчиках температурной сигнализации, в бесконтактных реле для защиты от перегрева.

Конкретные области применений позисторной керамики определяются также статическими (зависимость силы тока от напряжения) и динамическими (зависимость силы тока от времени) ее характеристиками. Позисторы с плавным изменением R(T) (кривая 1 на рис. 148) или комбинация последовательно соединенного постоянного сопротивления и позистора с резким скачком R(T) имеют ВАХ насыщенного типа, что используется при проектировании схем стабилизации напряжения и тока. Позисторы с резким ростом R(T) (кривая 2), имеющие ВАХ спадающего типа, применяются в нагревателях, термостатах, схемах защиты от токовых перегрузок, уровнемерах и прочее. Вольт-амперные характеристики позистора свидетельствуют об ограничении тока в нем в области рабочих напряжений. Учет динамических характеристик позисторной керамики необходим при разработке устройств временной задержки.

Рис. 148. Температурная зависимость сопротивления позисторной керамики: 1 – плавного типа; 2 – экстремального типа

При изготовлении позисторов электроды делают вжиганием серебра с обычными металлами. При этом образуется омический контакт с полупроводниковым титанатом бария, который определяет форму, размеры и нужные температурные характеристики позистора. Затем присоединяют теплоотводящие пластины и делают выводы. Кроме того, с внешней стороны вся конструкция покрывается нагревостойкой изоляционной смолой или помещается в защитный корпус. На рис. 149 показана принципиальная конструкция позистора, а на рис. 150 и другие виды позисторов.

Рис. 149. Конструкция позистора: 1 – корпус; 2 – электроды; 3 – полупроводник на основе титаната бария; 4 – пайка; 5 – выводной провод

Рис. 150. Конструкции позисторов и их основные параметры а – сотовые; б – гармонь; в – трубчатые