Termistor to rodzaj rezystora, którego rezystancja zmienia się znacznie w zależności od temperatury. Jako dostawca podzespołów elektronicznych często spotykam klientów zainteresowanych właściwościami termistorów, gdyż to właśnie te właściwości decydują o ich zastosowaniu w różnych obwodach elektronicznych. Na tym blogu zagłębię się w kluczowe właściwości termistorów i omówię ich konsekwencje w praktycznym zastosowaniu.
1. Zależność temperatura-opór
Najbardziej podstawową właściwością termistora jest jego zależność temperatura - rezystancja. Istnieją dwa główne typy termistorów oparte na tej zależności: termistory o ujemnym współczynniku temperaturowym (NTC) i termistory o dodatnim współczynniku temperaturowym (PTC).
Termistory NTC
Najpowszechniej stosowanym typem są termistory NTC. Ich opór maleje wraz ze wzrostem temperatury. Dzieje się tak, ponieważ w termistorze NTC wraz ze wzrostem temperatury więcej nośników ładunku (elektronów lub dziur) jest uwalnianych do pasma przewodnictwa w wyniku wzbudzenia termicznego. Matematyczny związek między rezystancją ($R_T$) a temperaturą ($T$) dla termistora NTC można przybliżyć za pomocą równania Steinharta-Harta:
$\frac{1}{T}=A + B\ln(R_T)+C(\ln(R_T))^3$
gdzie $A$, $B$ i $C$ to współczynniki Steinharta-Harta, które są specyficzne dla każdego termistora i są określane poprzez kalibrację.
Termistory NTC są szeroko stosowane w zastosowaniach związanych z wykrywaniem temperatury. Na przykład w systemie wentylatora sterowanym temperaturą termistor NTC mierzy temperaturę otoczenia. Wraz ze wzrostem temperatury rezystancja termistora NTC maleje, co powoduje zmianę napięcia w obwodzie dzielnika napięcia. Ta zmiana napięcia jest następnie wykorzystywana do sterowania prędkością wentylatora.
Termistory PTC
Z drugiej strony termistory PTC mają rezystancję, która rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Istnieją dwa podtypy termistorów PTC: krzemowe termistory PTC i ceramiczne termistory PTC.
Termistory krzemowe PTC charakteryzują się liniowym wzrostem rezystancji wraz z temperaturą w pewnym zakresie. Są często używane w precyzyjnych pomiarach temperatury i zastosowaniach kompensacyjnych.
Ceramiczne termistory PTC, znane również jako przełączające termistory PTC, charakteryzują się gwałtownym wzrostem rezystancji w określonej temperaturze zwanej temperaturą Curie. Poniżej temperatury Curie rezystancja ceramicznego termistora PTC jest stosunkowo niska. Gdy temperatura przekroczy temperaturę Curie, opór wzrasta o kilka rzędów wielkości. Ta właściwość sprawia, że ceramiczne termistory PTC nadają się do zabezpieczenia nadprądowego. Na przykład w ładowarce akumulatora ceramiczny termistor PTC można podłączyć szeregowo z akumulatorem. Jeżeli prąd przekroczy bezpieczny poziom, temperatura termistora PTC wzrasta, a jego rezystancja znacznie wzrasta, ograniczając przepływ prądu i chroniąc akumulator przed przeładowaniem.
2. Wrażliwość
Czułość termistora odnosi się do zmiany rezystancji na jednostkę zmiany temperatury. Jest to ważna właściwość, ponieważ określa, jak dokładnie termistor może mierzyć zmiany temperatury.
W przypadku termistorów NTC czułość jest zwykle wyższa w niższych temperaturach. Czułość ($\alpha$) definiuje się jako ułamkową zmianę rezystancji na stopień Celsjusza zmiany temperatury:
$\alpha=\frac{1}{R}\frac{dR}{dT}$
Wyższa czułość oznacza, że niewielka zmiana temperatury spowoduje dużą zmianę rezystancji, co ułatwia wykrycie zmian temperatury. Jednakże termistory o wysokiej czułości mogą być również bardziej podatne na zakłócenia i niestabilność.
3. Dokładność
Dokładność to kolejna kluczowa właściwość termistorów. Odnosi się do tego, jak bardzo zmierzona rezystancja odpowiada rzeczywistej temperaturze. Na dokładność termistora wpływa kilka czynników, w tym proces produkcyjny, kalibracja i warunki środowiskowe.
Podczas procesu produkcyjnego różnice w składzie i strukturze materiału mogą prowadzić do różnic w charakterystyce temperaturowo-rezystancyjnej termistorów. Dlatego konieczna jest prawidłowa kalibracja, aby zapewnić dokładny pomiar temperatury. Kalibracja obejmuje pomiar rezystancji termistora w kilku znanych temperaturach, a następnie wykorzystanie tych punktów danych do określenia współczynników Steinharta-Harta.
Czynniki środowiskowe, takie jak wilgotność, ciśnienie i naprężenia mechaniczne, mogą również wpływać na dokładność termistorów. Na przykład wysoka wilgotność może powodować wchłanianie wilgoci przez materiał termistora, co może zmienić jego właściwości elektryczne.
4. Czas reakcji
Czas reakcji termistora to czas potrzebny termistorowi na osiągnięcie określonego procentu (zwykle 63,2%) swojej końcowej wartości rezystancji pod wpływem skokowej zmiany temperatury. Jest to ważna właściwość w zastosowaniach, w których należy wykryć szybkie zmiany temperatury, na przykład w obwodach ochrony termicznej.
Czas reakcji termistora zależy od jego rozmiaru fizycznego, kształtu i przewodności cieplnej otaczającego go ośrodka. Ogólnie rzecz biorąc, mniejsze termistory mają krótszy czas reakcji, ponieważ mają mniejszą masę termiczną. Na przykład termistory do montażu powierzchniowego mają zazwyczaj krótszy czas reakcji w porównaniu z większymi termistorami z otworem przelotowym.
5. Samonagrzewanie
Gdy prąd przepływa przez termistor, rozprasza on energię w postaci ciepła zgodnie ze wzorem $P = I^2R$, gdzie $I$ to prąd, a $R$ to rezystancja termistora. To samonagrzewanie może spowodować wzrost temperatury termistora powyżej temperatury otoczenia, co prowadzi do błędu pomiaru temperatury.
Efekt samonagrzewania charakteryzuje się stałą rozproszenia ($\delta$), którą definiuje się jako moc potrzebną do podniesienia temperatury termistora o 1°C powyżej temperatury otoczenia. Aby zminimalizować efekt samonagrzewania, prąd przepływający przez termistor powinien być utrzymywany na jak najniższym poziomie. W niektórych zastosowaniach wykorzystuje się źródło prądu stałego, aby zapewnić stabilny i niski prąd przepływający przez termistor.
Aplikacje i nasza oferta produktów
Termistory są stosowane w szerokim zakresie zastosowań, w tym w pomiarze i kontroli temperatury, zabezpieczeniu nadprądowym i ograniczaniu prądu rozruchowego. Jako dostawca komponentów elektronicznych oferujemy wysokiej jakości termistory o doskonałych właściwościach. Oprócz termistorów oferujemy również szereg innych elementów elektronicznych, takich jakKondensator silnika prądu przemiennego CBB65,Kondensator rozruchowy CD60, IKondensator rozruchowy silnika prądu przemiennego CBB61.
Jeśli są Państwo zainteresowani naszymi termistorami lub innymi komponentami elektronicznymi, zapraszamy do kontaktu z nami w celu zamówienia i dalszych dyskusji. Posiadamy profesjonalny zespół, który może dostarczyć szczegółowych informacji o produkcie i wsparcia technicznego, aby pomóc Ci wybrać najbardziej odpowiednie komponenty do Twoich zastosowań.
Referencje
- „Termistory: teoria, projektowanie i zastosowania” Johna W. Hortona
- „Urządzenia elektroniczne i teoria obwodów” Roberta L. Boylestada i Louisa Nashelsky'ego
- Arkusze danych producentów różnych termistorów