15 – Součástky řízené teplotou a magnetickým polem


Jde o takové elektronické součástky, u nichž mohou neelektrické veličiny (teplota, magnetické pole,...) způsobovat změny vlastností, což se bohatě využívá k indikačním, regulačním a měřicím účelům. Součástky řízené neelektrickými veličinami jsou takové elektronické součástky, které jsou technologicky uzpůsobeny tak, aby vliv některé z těchto veličin byl co nejvýraznější a reprodukovatelný.


a) Součástky řízené teplotou

Součástky, u nichž se působení teploty záměrně využívá k řízení jejich vlastností. Tyto polovodičové součástky jsou nelineární symetrické dvojpóly bez PN přechodu. Vyrábí se z oxidů a sirníků kovů.


Termistor (negativní termistor, termistor NTC)



Typickou vlastností termistoru je velký záporný teplotní součinitel jeho odporu odpor termistoru při zvyšování teploty značně klesá. Teplotou, která mění odpor termistoru, je jednak teplota okolí, jednak teplota, vyvolaná Joulovým teplem proudu, procházejícího termistorem. Některé termistory se ohřívají nad teplotu okolí nepřímo pomocným topným článkem.

Závislost odporu termistoru na teplotě lze přibližně vyjádřit vztahem:

R = Ro*eB*(1/ - 1/o)

kde ...daná teplota; o...vztažná teplota (absolutní v [K]); B...materiálová konstanta (tzv. teplotní citlivost termistoru), v rozmezí 103 5*103 K; R a Ro...odpory při dané a vztažné teplotě.

VA charakteristika termistoru se měří při stálé teplotě okolí (a = konst.), tím se vyloučí změny teploty okolí a charakteristika pak respektuje vliv oteplení procházejícím proudem. Na VA charakteristice jsou dva význačné úseky:

1) 0 A: Tento úsek je téměř lineární, neboť teplota termistoru a tím i jeho odpor jsou přibližně stálé. Oteplení procházejícím proudem je v této oblasti zanedbatelné, a proto je teplota termistoru určena pouze teplotou okolí (a = = konst.). termistor se chová jako činný odpor.

2) A : V tomto úseku se již uplatňuje ohřev termistoru procházejícím proudem. Termistor se ohřívá nad teplotu okolí, odpor termistoru se zmenšuje a charakteristika se dostává do oblasti záporného diferenciálního odporu (napětí se snižuje, proud vzrůstá).

Popsaný průběh VA charakteristiky, včetně záporného diferenciálního odporu, se může projevit (měřit) jenom tehdy, bude-li se měnit proud a napětí tak pomalu, že termistor stačí průběžně měnit svoji teplotu vždy na ustálenou hodnotu. Tato změna odporu v závislosti na teplotě probíhá podle klesající exponenciály (viz obr.). Časová konstanta této exponenciály se nazývá časovou konstantou termistoru. Teplota termistoru se ustálí přibližně za dobu 5.

Jsou-li změny těchto veličin tak rychlé (rychlejší než doba 5), že je teplota termistoru nestačí sledovat (např. střídavých 50Hz), ohřeje se na určitou teplotu odpovídající efektivní hodnotě procházejícího střídavého proudu a chová se jako lineární kladný odpor určité hodnoty, která je závislá na efektivní hodnotě procházejícího proudu a na teplotě okolí.

Termistory se vyrábí v několika tvarově různých provedení: tyčinkové a destičkové ("hmotnější" reagují pomalu na změny teploty); perličkové ("málo hmotné" reagují rychle na změny teploty).

Užití: omezení proudových nárazů při zapnutí obvodu, tepelná ochrana, zpožděné zapínání obvodů, měření elektrických veličin (hlavně VF) a měření neelektrických veličin (teplota, proudění plynů a kapalin), požární signalizace, apod.


Pozistor (pozitivní termistor, termistor PTC)



Typickou vlastností pozistoru je velký kladný teplotní součinitel jeho odporu odpor termistoru při zvyšování teploty značně roste. Teplotou, která mění odpor pozistoru, je jednak teplota okolí, jednak teplota, vyvolaná Joulovým teplem proudu, procházejícího pozistorem. Některé pozistory se ohřívají nad teplotu okolí nepřímo pomocným topným článkem.

Při nízkých teplotách odpor pozistoru je téměř konstantní, od určité teploty se strmě zvětšuje (o několik řádů) a nakonec se mírně zmenšuje.

Pro pozistor platí v podstatě tytéž zákonitosti jako o termistoru (viz tam).

Užití: teplotní čidlo


Další speciální součástky:

asistor, variterm (podrobně viz Polovodičové součástky - A.Klímek, J.Zíka)


b) Součástky řízené magnetickým polem

Součástky, u nichž se působením magnetického pole ovlivňují jejich vlastností.


Magnetorezistor



Magnetorezistor je lineární jednobran, jehož odpor závisí na indukci příčného magnetického pole. Pokud se magnetická indukce nemění, nezmění se ani odpor a VA charakteristika je přímkou procházející počátkem (klasický odpor). Pro různé velikosti magnetické indukce tvoří VA charakteristika soustavu přímek s parametrem B = konst. Se vzrůstající indukcí se elektrický odpor součástky zvětšuje.

Fyzikální příčinou této vlastnosti magnetorezistoru je magnetoodporový jev. Jeho podstata je v tom, že elektrony pohybující se v magnetorezistoru vlivem přiloženého napětí, se působením magnetického pole vychylují z přímého směru, čímž se jejich dráhy zakřivují a prodlužují, tj. zvyšuje se elektrický odpor součástky.

Pro získání nejlepších vlastností se magnetorezistory vyrábí z materiálů s vysokou pohyblivostí nosičů, a to ve tvaru tenkých kotoučů (pro větší citlivost se řadí sériově).

Užití: bezkontaktní potenciometr, měření magnetických polí, apod.


Hallova sonda



Tato elektronická součástka je založena na tzv. Hallovu jevu. Hallův článek je nejčastěji tvořen tenkou polovodičovou destičkou obdélníkového tvaru. Destička je opatřena dvěma páry kontaktů: široké kontakty slouží pro přívod proudu, úzké kontakty, příčně uložené, slouží k odvádění výstupního Hallova napětí Uh.

Nepůsobí-li magnetické pole, jsou proudové čáry v destičce rozloženy rovnoměrně a Hallovo napětí Uh nevzniká (Uh = 0). V magnetickém poli působí magnetická indukce na pohybující se nosiče náboje silou kolmou ke směru jejich pohybu a stlačuje proudové čáry k jedné straně destičky. V důsledku tohoto jevu vzniká na úzkých kontaktech rozdíl potenciálů, což je Hallovo napětí Uh.

Čím tenčí destičku použijeme, tím bude Hallova sonda citlivější. Proto se Hallovy sondy dělají jako velmi tenké polovodičové pásky nebo polovodičové vrstvy nanesené na podložce.

Pro Hallovy sondu je charakteristický lineární vzrůst velikosti Hallova napětí naprázdno se zvětšující se magnetickou indukcí, jestliže se procházející proud nemění. VA charakteristika je pak soustava charakteristik pro parametr procházejícího proudu.

Užití: měření a automatická regulace magnetických polí, měření velkých stejnosměrných proudů, řízení velkých motorů, bezkontaktní tlačítka.


Další speciální součástky:

Halltron, magnetodioda, magnistor, timistor (podrobně viz Polovodičové součástky - A.Klímek, J.Zíka)


dlabos.wz.cz