Номер 18.5, страница 94 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 18. Полупроводники и полупроводниковые приборы - номер 18.5, страница 94.

Условие.

18.5. Что такое терморезисторы (термисторы)? Где их используют?

Решение.

Что такое терморезисторы (термисторы)?

Терморезистор, или термистор (от английского thermo — тепло и resistor — резистор), — это полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого сильно зависит от его температуры. Эта зависимость гораздо более выражена, чем у обычных резисторов. Основной характеристикой термистора является температурный коэффициент сопротивления (ТКС, обозначается греческой буквой $\alpha$). ТКС показывает, на какую относительную величину изменяется сопротивление прибора при изменении его температуры на один кельвин.

Существует два основных типа терморезисторов:

1. Термисторы с отрицательным ТКС (NTC-термисторы, Negative Temperature Coefficient): их сопротивление уменьшается с ростом температуры. Это самый распространенный тип. Зависимость их сопротивления от температуры является нелинейной и описывается экспоненциальным законом. Упрощенная формула, связывающая сопротивление $\text{R}$ и абсолютную температуру $\text{T}$:
$R(T) = R_0 \cdot \exp\left(B \left(\frac{1}{T} - \frac{1}{T_0}\right)\right)$
где $R_0$ — сопротивление при номинальной температуре $T_0$ (обычно 298,15 К, что соответствует 25 °C), а $\text{B}$ — коэффициент, зависящий от материала термистора (измеряется в кельвинах). NTC-термисторы изготавливают из оксидов металлов (марганца, никеля, кобальта, меди и др.).

2. Термисторы с положительным ТКС (PTC-термисторы, Positive Temperature Coefficient): их сопротивление, наоборот, увеличивается при повышении температуры. Их также называют позисторами. У позисторов в узком диапазоне температур сопротивление может возрастать скачкообразно на несколько порядков. Эта особенность используется для защиты от перегрузок по току и перегрева. Их изготавливают на основе титаната бария ($BaTiO_3$) или из полимерных материалов с проводящим наполнителем (например, сажей).

Основными преимуществами термисторов являются высокая чувствительность к изменению температуры, малые размеры, низкая стоимость и высокое быстродействие. К недостаткам можно отнести нелинейность характеристики и относительно узкий рабочий диапазон температур по сравнению с другими датчиками (например, термопарами).

Ответ: Терморезистор (термистор) — это резистор, изготовленный из полупроводникового материала, чьё электрическое сопротивление значительно изменяется в зависимости от температуры. Существуют термисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (NTC), у которых сопротивление падает с ростом температуры, и с положительным (PTC), у которых сопротивление растёт с ростом температуры.

Где их используют?

Благодаря своей высокой чувствительности к температуре, малым размерам и невысокой стоимости, терморезисторы нашли широкое применение в различных областях техники и электроники.

- Измерение и контроль температуры: Это их основное применение. Термисторы используются в цифровых термометрах (медицинских, бытовых), в бытовой технике (холодильники, кондиционеры, стиральные машины, микроволновые печи, водонагреватели) для поддержания заданной температуры, в автомобилях для измерения температуры охлаждающей жидкости, масла и всасываемого воздуха, а также в промышленной автоматике.

- Защита электрических цепей:
- Ограничение пусковых токов (NTC-термисторы): В импульсных блоках питания при включении происходит зарядка конденсаторов, что вызывает большой скачок тока. NTC-термистор, включенный последовательно в цепь, в холодном состоянии имеет высокое сопротивление, которое ограничивает этот пусковой ток. По мере протекания тока он нагревается, его сопротивление падает до незначительной величины, и он почти не влияет на дальнейшую работу схемы.
- Защита от перегрузки по току (PTC-термисторы): Они используются как самовосстанавливающиеся предохранители (polyfuse). В нормальном режиме PTC-термистор имеет низкое сопротивление. При превышении допустимого тока он быстро нагревается, и его сопротивление резко возрастает, ограничивая ток в цепи до безопасного уровня. После устранения неисправности и остывания он возвращается в исходное состояние с низким сопротивлением. Такие предохранители можно встретить в блоках питания, USB-портах, аккумуляторных батареях.

- Температурная компенсация: Многие электронные компоненты (например, транзисторы, кварцевые генераторы) меняют свои параметры при изменении температуры окружающей среды. Для стабилизации работы схемы в нее включают терморезистор, который компенсирует эти температурные изменения. Например, в схемах жидкокристаллических дисплеев для регулировки контрастности.

- Системы пожарной сигнализации: Термисторы могут использоваться в качестве тепловых извещателей, которые срабатывают при резком повышении температуры в помещении.

Ответ: Термисторы используют для измерения, контроля и регулирования температуры (в термометрах, бытовой технике, автомобилях), для защиты электронных схем от пусковых токов (NTC-тип) и перегрузок по току (PTC-тип в качестве самовосстанавливающихся предохранителей), а также для температурной компенсации в различных электронных устройствах.