Резистором управляет температура

«Ложка дегтя портит бочку меда» — если подумать, смысл этой народной пословицы как нельзя лучше отражает особенность, в большей или в меньшей степени присущую всем без исключения полупроводниковым приборам. Судите сами. Наряду с многочисленными положительными свойствами, которыми обладают диоды, транзисторы и тиристоры, у них есть один серьезный недостаток, значительно снижающий возможности этих элементов. Дело в том, что электрические свойства полупроводников сильно зависят от окружающей температуры, оказывая отрицательное влияние на работу радиоэлектронной аппаратуры в целом. Вот почему конструкторы постоянно совершенствуют полупроводниковую технику, а электронщики используют различные дополнительные средства, уменьшающие влияние изменений окружающей температуры.

Однако есть приборы, у которых зависимость отдельных параметров от температуры служит положительным фактором. К их числу относятся полупроводниковые терморезисторы.

Терморезисторы имеют форму стержней, пластинок, дисков, шайб, бусинок (рис. 1), изготовляемых из смесей окислов металлов или титаната бария со специальными примесями. Выпускаются такие приборы с отрицательным или положительным температурным коэффициентом сопротивления (сокращенно ТКС). Что же характеризует этот параметр?

ТКС показывает, на сколько изменяется в процентах сопротивление терморезистора при отклонении температуры на 1°С, отнесенное к величине его сопротивления при температуре 20°С, и выражается в %/°С, то есть

ТКС= (ΔR/R0Δt)*100(%/° С),

где ΔR — абсолютное изменение сопротивления (Ом) терморезистора в интервале температур Δt (°С), R0 — сопротивление (Ом) терморезистора при температуре 20°С.

Терморезисторы, изготовленные на основе онислов металлов, имеют отрицательный ТКС. Эти полупроводниковые приборы используют для температурной стабилизации электрических цепей и контуров, режимов транзисторных каскадов, для температурной компенсации электроизмерительных приборов, в качестве датчиков в устройствах измерения и регулирования температуры, в системах пожарной сигнализации и в другой автоматике.

Изготовленные на основе титаната бария терморезисторы имеют положительный ТКС. Их также называют позисторами. Они предназначены для работы в термостатах кварцевых резонаторов в качестве регуляторов температуры и нагревательных элементов, могут также осуществлять температурную стабилизацию режимов транзисторов (совместно с терморезисторами с отрицательным ТКС и резисторами), защищать элементы электронных аппаратов от перегрузки по току.

На корпусах терморезисторов с отрицательным ТКС обозначают величину номинального сопротивления при строго определенной температуре окружающей среды. Для большинства из них эта температура установлена 20°С. (У отдельных терморезисторов, предназначенных для измерения высоких температур, величина номинального сопротивления указана при t=150°C.)

Сопротивления позисторов строго не нормируют, поскольку различные экземпляры одного и того же типа могут значительно отличаться своими значениями. Важный параметр этих приборов — кратность изменения сопротивления в области температур, при которых ТКС имеет положительные значения, то есть отношения максимального сопротивления к его минимальному значению в данной области.

Среди других параметров терморезисторов, встречающихся в справочной литературе, интерес представляет максимальная мощность рассеяния, при которой терморезистор, находящийся в спокойном воздухе при температуре 20°С, разогревается протекающим током до максимальной рабочей температуры, допустимой для данного типа.

Тепловая постоянная времени характеризует тепловую инерцию терморезистора, то есть на сколько быстро он приобретает окружающую температуру при ее изменениях. Этот параметр измеряют следующим образом. После длительной выдержки терморезистора в воздушной среде с температурой 0°С его быстро переносят в атмосферу с температурой 100°С. Время, в течение которого температура полупроводника возрастет в е раз (е = 2,718 — основание натуральных логарифмов), или на 63%, то есть на 63°, и принимают за величину постоянной времени терморезистора. Она тем больше, чем массивнее полупроводниковый прибор.

На принципиальных схемах терморезисторы обозначаются символом постоянного резистора, который пересекает наклонная линия с изломом внизу — знак нелинейного саморегулирования (рис. 2). Для указания внешнего фактора используют общепринятое буквенное обозначение t° (температура). Знак температурного коэффициента сопротивления указывают только в том случае, если он отрицательный (рис. 2Б). Буквенный код обозначения терморезистора — RK.

Предлагаем теперь собрать автоматическое сигнальное устройство, срабатывающее при отклонении (повышении или понижении) от установленного уровня температуры или освещенности либо при изменении этих двух параметров одновременно. Такой прибор найдет достаточно широкое применение в быту, например, предупредит о возникновении пожара.

Несмотря на простоту, сигнализатор обладает довольно высокой чувствительностью — в темном помещении «видит» пламя зажженной спички на расстоянии 2 м и «ощущает» повышение температуры в 15… 20°. Поэтому фоторезистор R1 (рис. 3) устанавливают в затемненное место, куда не попадают прямые солнечные лучи или свет горящей электрической лампы, а терморезистор RK1 располагают подальше от нагревательных элементов или радиатора отопления. К контактной системе реле К1, К2 подсоединяют сигнализацию (лампу, звонок, сирену).

Работает устройство следующим образом. При увеличении освещенности сопротивление R1 уменьшается, транзистор VT1 открывается и протекающий через транзистор VT2 и обмотку реле К1 ток увеличивается, вызывая срабатывание его контактной системы. При повышении температуры аналогично включается реле К2.

Заменив терморезистор на фоторезистор, вы получите дистанционный световой включатель электроприборов или радиоаппаратуры, управляемый лучом карманного фонарика. Фоторезисторы R1 и R4 (рис. 4) размещают на расстоянии 400… 500 мм друг от друга. Когда освещают R4, срабатывает реле К2 и включает питание. Благодаря цепи блокировки, состоящей из последовательно соединенных размыкающих (К1.1) и замыкающих (К2.2) контактных пар реле, фотоустройство «запоминает» это состояние, и электроприбор или радиоаппарат остается включенным, пока не освещен фоторезистор R1. Тогда срабатывает реле К1, контакт К1.1 разрывает цепь блокировки и реле К2 обесточивается, отключая питание управляемого объекта.

Последовательно с фоторезистором R1 рекомендуется включить переменный резистор на 100 кОм. С помощью его и переменного резистора R3 подбирают порог срабатывания устройства, чтобы оно не реагировало на лампу комнатного освещения.

Если фоторезистор R1 заменить терморезистором, автомат будет реагировать на изменения температуры. Его можно использовать как термореле, которое включит, к примеру, вентилятор при повышении температуры и выключит, когда она снизится до установленной величины.

Использовав только часть прибора, содержащего, например, реле К1 и фоторезистор R1, вы сможете доставить себе приятные минуты, если утром вас разбудит не резкий звонок будильника, а приятная музыка. Выполнить это не сложно, подключив магнитофон через контактную систему автомата. Устройство можно также приспособить для автоматического включения и выключения освещения, компрессора для аквариумных рыб или снабдить движущиеся электрифицированные игрушки и управлять ими с помощью карманного фонарика (светит — движется, выключить фонарь — игрушка остановится). Немного фантазии — и вы сможете найти десятки интересных вариантов применения данного устройства.

На рисунке 5 представлена печатная плата пожарного сигнализатора, выполненная из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита толщиной 1,5…2, 5 мм. В устройстве применены постоянные резисторы МЛТ-0,25 или МЛТ-0,5, переменный резистор — любого типа, желательно малогабаритный. Сопротивление терморезистора должно значительно уменьшаться с увеличением температуры, например ММТ-4 с номиналами 2,2 кОм, 6,8 кОм, 11 кОм, 12 кОм. Допустимую температуру нагрева устанавливают переменным резистором R3.

Фоторезистор может быть марки ФСК-1, ФСК-2, ФР-1 или другой аналогичный, но его рабочий диапазон должен лежать в зоне инфракрасного или видимого спектра.

Диоды VD1, VD2, защищающие транзисторы VT2, VT4 от бросков напряжения в момент включения реле, могут быть марки Д226, Д7Ж, Д220. Транзисторы VT1, VT3 — любые серий МП39, МП40, МП41.

Реле РЭС-22 имеют паспорт РФ4.500.129 или РФ4.500.233. Возможно применение и других типов реле с аналогичными параметрами, но их ток срабатывания не должен превышать 50…60 мА, а напряжение — нс более 12 В. Питается устройство от трех батарей 3336Л.

А. РОЖЕВЕЦКИЙ, Е. ЮРЬЕВ