半导体热敏电阻

半导体热敏电阻（以下简称热敏电阻）是用对热极为敏感的半导体材料制成的电阻，它的电阻值随温度的变化而剧烈变化。电阻值随温度升高而变小的，称为负温系数热敏电阻；电阻值随温度升高而增大的，称为正温系数热敏电阻。

热敏电阻现在已被人们广泛地应用在温度测量、温度控制、温度补偿、稳压稳幅、自动增益调整、微波功率测量、液面测定、气压测定、气体和液体分析、火灾报警、过负荷保护以及红外探测等工、农业生产和科研、医学等各个方面。

热敏电阻按它的结构特征可分为直热式和旁热式两大类。

直热式热敏电阻的符号如图1所示。这种类型的热敏电阻一般是用金属氧化物粉料挤压成杆状、片状、垫圈状等热敏电阻阻体（也有的是采用小珠成型工艺、蒸发工艺、印刷工艺等制成的，如珠状热敏电阻、薄膜热敏电阻、厚膜热敏电阻、线状热敏电阻和塑料薄膜热敏电阻等）。经过1000℃～1500℃高温烧结后，在阻体的两端或两表面烧附银电极，然后焊接电极引线和涂附防护层，即成了完整的热敏电阻。常用的这类热敏电阻的结构外形见图2。

旁热式热敏电阻的符号如图3所示。这种热敏电阻除了有一个阻体外，还有一个用金属丝绕制成的加热器，阻体与加热器紧紧地耦合在一起，但相互之间是绝缘的，并密封于高真空玻璃壳中。当电流通过加热器时，发出热量使阻体的温度升高，阻体的阻值从而下降或上升，从这里可以看出阻体阻值变化是加热器的温度变化所导致的，所以加热器对阻体来说实际上是一个控制器。它的结构如图4。

热敏电阻是非线性电阻的一种，它的非线性特性基本上表现在电阻、温度的指数关系和电压、电流的变化不服从欧姆定律。

图5为热敏电阻的电阻温度特性曲线。其中（2）、（5）两条曲线表示电阻温度系数是负的，（3）、（4）两条曲线表示电阻温度系数是正的，直线（1）表示白金电阻的电阻温度特性。可以看出，白金电阻的阻值在100℃时只比0℃时大1.4倍，而负温系数热敏电阻的温度系数一般每1℃变化在-2％至-6％范围内，缓变型正温系数热敏电阻的温度系数为1-10％／1℃，开关型正温系数热敏电阻的温度系数为10％／l℃以上。

热敏电阻与线性电阻不一样，线性电阻上通过的电流与作用于电阻上的电压大小的关系（伏安特性）是线性关系，它的伏安特性是通过坐标原点的直线，如图6中直线（1）所示。热敏电阻的伏安特性是非线性关系，它的伏安特性曲线是通过坐标原点的曲线，电压、电流、电阻三者的变化不符合欧姆定律，而是符合指数变化关系，见图6中曲线（2）、（3）、（4）。这一特性是装有热敏电阻的电路和仪器的工作基础。

使用热敏电阻时应注意的主要电参数见本刊1975年第2期封三和封三说明。

热敏电阻的应用范围很广，这里只着重谈谈在温度补偿和测温控温两方面的一些应用。

1．仪表的温度补偿：通常用的仪表中的一些零部件，多数是用金属丝做的，例如线圈、弹簧、线绕电阻等，金属丝一般具有正温度系数，采用负温系数热敏电阻进行补偿，可以抵消由于温度变化所产生的误差，实际使用时，一般是将负温系数热敏电阻与电阻温度系数几乎等于零的锰铜丝电阻并联后再与被补偿元件串联，接法如图7。

2．在半导体三极管电路中的补偿作用：图8是几种典型线路。图8a所示为用热敏电阻来补偿三极管放大器的增益随温度升高而下降的例子。热敏电阻的阻值随温度升高而下降，使输入信号功率增加，从而补偿了三极管增益下降。

图8b所示为一简单的晶体管直流放大器，环境温度有变化时，线路输出电流可能也有变化。在集电极回路中接入一个热敏电阻，并适当选择它的电阻温度特性，就可以自动地调整第一级三极管的集电极直流电流，使在环境温度变化时，集电极直流电流不变。

在图8c中，将负温系数热敏电阻与发射极电阻并联，当晶体管发射给电阻随温度升高而阻值增大时，热敏电阻起补偿作用。

选择什么样的热敏电阻来作补偿用，是很重要的，如果选得不适当，就起不到补偿作用。经实验证明，一般选用MF-11型热敏电阻比较合适。

3．温度测量和温度控制方面的应用：用热敏电阻来测量和控制温度，是通过热敏电阻的不平衡桥式线路来实现的。热敏电阻在测温控温技术上的应用是相当普遍的，这里只举几个实例来说明。

（1）热敏电阻温度计。它可以用于液体、气体、固体、固熔体、海洋、深井、高空气象、冰川等方面的温度测量。它的测温范围一般为-10℃～300℃，也可以做到-200℃～+10℃和300℃～1200℃。典型线路见图9。图中R\(_{t}\)为热敏电阻，R2和R\(_{3}\)是电桥平衡电阻， R1为起始电阻，R\(_{4}\)为满刻度电阻，R7、R\(_{8}\)、R9为分压电阻，R\(_{5}\)、R6是对微安表起电桥修正和保护作用的电阻。也可以改用自动记录装置来代替微安表，这样就可以记下温度的连续变化。从图9可知，不平衡电桥的一臂接入了一个热敏电阻R\(_{t}\)作为感温元件，由于热敏电阻的阻值随温度变化而变化，因而使接在电桥对角线间的微安表指示也相应的变化。热敏电阻温度计的精度可以达到0.1℃，感温时间可少至10秒以下。

（2）热敏电阻温差计。它是一个双电桥，原理图见图10，它是由A\(_{1}\)2两个单电桥共用一个指示仪表G组成的。如果把单电桥A\(_{1}\)的热敏电阻Rt放在一个炉子的炉膛中心处，A\(_{2}\)的热敏电阻R′t放在同一个炉子的炉膛内另一位置，由于两个单电桥加给指示仪表G上的电流方向刚好相反，表G指出的电流值应该是两个电流值的差数，亦就是炉膛内两个不同位置的温度差。这种温差计也可以测量处在不同位置的两个物体的温度差。用于温差测量的两个热敏电阻不但特性要一样，而且阻值误差应不超过±1％。

（3）热敏电阻在控温方面的应用也是比较普遍的，目前常用的有两种方法：一种就是采取测温用热敏电阻电桥，把指示仪表G换成灵敏继电器，这种方法的优点是热敏电阻承受的功率很小，相应地延长了热敏电阻的使用寿命。另一种方法是利用热敏电阻的继电效应来自动控制温度（“继电效应”是指电路中的电流随着一个或几个元件参数的改变而雪崩式的增加或减少）。由于热敏电阻产生继电效应的条件是热敏电阻在大功率负荷下工作，工作时的阻体温度是相当高的，使热敏电阻的寿命缩短，所以这种方法对长期连续工作的温度控制是不适宜的，但这种方法在火灾信号自动报警系统中，仍得到了广泛的应用。

应用热敏电阻时对几个比较重要的电参数必须进行检验。由于热敏电阻对温度的敏感性高，所以不能用数字欧姆表和三用表来测量它的阻值，因为这两种仪器工作电流都比较大，测量时它的工作电流通过阻体，会使阻体发热而改变阻值。用电桥法测量时，也需将热敏电阻安装在专用的测量夹具上，并放在恒温室中的恒温槽内至阻值不变时，才能测量。

用于温度补偿和测温控温方面的热敏电阻的种类是很多的，各有各的特色，应该根据补偿和测温控温的对象，从特性、稳定性、互换性、结构等各方面来选择适合于不同场合的不同类型的热敏电阻。

热敏电阻在温度补偿和测量方面的应用，都是利用伏安特性的直线部分，在选用时必须选择伏安特性起始部分线性较好的。

MF-11型圆片状热敏电阻常用于半导体收音机电路中作温度补偿和粮食测温。RRC2和MF-15型杆状热敏电阻可使用在150℃～180℃的场合作控温元件。MF-14和MF-16型的防潮性和机械性能都比较好。RRC7A和RRC7B型玻璃密封的珠状热敏电阻体积小，反应快，并能抗腐蚀，常用于分子量测量和地下水、地下煤层、冰川、海洋以及人体等温度测量和控制。RRB3型为垫圈状阻体，可以用螺丝与金属保护盒牢固地固定在被补偿的线路中，它的体积大，能承受较大的功率。RRC1型线状热敏电阻机械性能好，灵敏度高，用于重油裂化炉和发动机的温度控制比较理想。（武汉无线电元件厂）