Типы термисторов, характеристики и принцип работы

Название термистора было придумано как сокращение от «термочувствительного резистора». Полная форма термистора дает общее и подробное представление о действии, которое является особенностью термистора.

Автор: С. Пракаш

Различные типы устройств, в которых используются термисторы, включают широкий спектр устройств, таких как датчики температуры и электронные схемы, в которых они обеспечивают температурную компенсацию.

Хотя термистор используется не так часто, как транзисторы, резисторы и конденсаторы обычной формы, электронное поле использует термисторы в больших масштабах.

Символ цепи термистора

Символ, который используется термистором для его распознавания, является собственным символом цепи.

Обозначение схемы термистора состоит из основания, которое состоит из стандартного прямоугольника резистора и диагональной линии, проходящей через основание и состоящей из вертикальной секции небольшого размера.

В принципиальных схемах широко используется условное обозначение термистора.

Типы термистора

Термисторы можно разделить на различные типы и категории на основе ряда различных способов.

Эти способы их классификации в первую очередь основаны на том, как термистор реагирует на воздействие тепла.

Сопротивление некоторых конденсаторов увеличивается с повышением температуры, в то время как противоположное наблюдается в других типах термисторов, что приводит к уменьшению сопротивления.

Эту идею можно расширить с помощью кривой термистора, которую можно изобразить уравнением простой формы:

Связь между сопротивлением и температурой

ΔR = k x & ΔT

Приведенное выше уравнение состоит из:

ΔR = наблюдаемое изменение сопротивления

ΔT = наблюдаемое изменение температуры

k = температурный коэффициент сопротивления первого порядка

В большинстве случаев существует нелинейная зависимость между сопротивлением и температурой. Но с различными небольшими изменениями сопротивления и температуры, также наблюдается изменение во взаимосвязи, и взаимосвязь приобретает линейный характер.

Значение «k» может быть положительным или отрицательным в зависимости от типа термистора.

Термистор NTC (термистор с отрицательным температурным коэффициентом): свойство термистора NTC позволяет ему уменьшать свое сопротивление с увеличением температуры, и, таким образом, коэффициент «k» для термистора NTC является отрицательным.

Термистор PTC (термистор с положительным температурным коэффициентом): свойство термистора NTC позволяет ему увеличивать свое сопротивление с увеличением температуры, и, таким образом, коэффициент «k» для термистора NTC является положительным.

Другой способ, которым термистор можно дифференцировать и классифицировать, помимо характеристики изменения сопротивления, зависит от типа материала, который используется для термистора. Используемый материал бывает двух основных типов:

Монокристаллические полупроводники

Металлические соединения, например оксиды.

Термистор: развитие и история

Явление изменения, наблюдаемого в резисторе из-за изменений температуры, было продемонстрировано в начале девятнадцатого века.

Существует много способов использования термистора до настоящего времени. Но большая часть этих термисторов страдает недостатком, заключающимся в том, что они способны демонстрировать очень малое изменение сопротивления в соответствии с большим диапазоном температур.

Использование полупроводников обычно подразумевается в термисторах, которые позволяют термисторам показывать большие изменения сопротивления в соответствии с большим диапазоном температур.

Материалы, которые используются для изготовления термистора, бывают двух типов, включая металлические соединения, которые были первыми материалами, открытыми для термистора.

В 1833 году, измеряя изменение сопротивления в зависимости от температуры сульфида серебра, Фарадей обнаружил отрицательный температурный коэффициент. Но коммерческое использование оксидов металлов в больших масштабах произошло только в 1940-х годах.

Исследование кремниевого термистора и термистора на кристалле германия проводилось после Второй мировой войны, в то время как проводилось исследование полупроводниковых материалов.

Хотя полупроводник и оксиды металлов относятся к двум типам термисторов, диапазоны температур, охватываемые ими, различны, и поэтому они не должны конкурировать.

Состав и конструкция термистора

На основе приложений, в которых должен использоваться термистор, а также диапазона температур, в котором термистор будет работать, решаются размеры, формы и тип материала, используемого для изготовления термистора.

В случаях, когда плоская поверхность должна постоянно контактировать с термистором, форма термистора в этих случаях имеет форму плоских дисков.

Если есть датчики температуры, для которых необходимо изготовить термистор, тогда форма термистора будет в виде стержней или бусинок. Таким образом, требования, предъявляемые к приложениям, в которых будет использоваться термистор, определяют фактическую физическую форму термистора.

Диапазон температур, для которых используется термистор типа оксида металла, составляет 200-700 К.

Компонент, который используется для производства этих термисторов, представляет собой мелкий порошок, который спекается и прессуется при очень высокой температуре.

Материалы, которые чаще всего используются для этих термисторов, включают оксид никеля, оксид железа, оксид марганца, оксид меди и оксид кобальта.

Температуры, при которых используются полупроводниковые термисторы, очень низкие. Кремниевые термисторы используются реже, чем германиевые термисторы, которые более широко используются для температур, находящихся в диапазоне ниже диапазона 100º от абсолютного нуля, то есть 100K.

Температура, при которой можно использовать кремниевый термистор, составляет максимум 250 К. Если температура повышается более чем на 250K, то на кремниевом термисторе устанавливается положительный температурный коэффициент. Монокристалл используется для изготовления термистора, в котором уровень легирования кристалла составляет 10 16 - 10 17 / см 3.

Применение термистора

Термистор может использоваться для множества различных типов приложений, и есть много других применений, в которых они используются.

Самая привлекательная особенность термисторов, которая делает их популярными для использования в схемах, заключается в том, что элементы, предоставляемые ими в схемах, очень рентабельны, поскольку они работают эффективно, но при этом доступны по низкой цене.

Тот факт, что температурный коэффициент отрицательный или положительный, определяет приложения, в которых можно использовать термистор.

В случае отрицательного температурного коэффициента термистор можно использовать в следующих случаях:

Термометры очень низкой температуры: термисторы используются для измерения температуры очень низких уровней в термометрах очень низкой температуры.

Цифровые термостаты: В современных цифровых термостатах термисторы широко и широко используются.

Мониторы аккумуляторных батарей: температура аккумуляторных блоков в течение всего периода их зарядки контролируется с помощью термисторов NTC.

Некоторые батареи, которые используются в современной промышленности, чувствительны к перезарядке, включая широко используемые литий-ионные батареи. В таких батареях их состояние зарядки эффективно указывается температурой и, таким образом, позволяет определить время, когда цикл зарядки должен быть прекращен.

Устройства защиты от пуска: в цепях питания используются Термисторы NTC в виде устройств, ограничивающих пусковой ток.

Термисторы NTC, выступая в качестве устройств защиты от бросков напряжения, предотвращают протекание большого количества тока в момент включения и обеспечивают начальный уровень высокого сопротивления.

После этого термистор нагревается, и, таким образом, исходный уровень сопротивления, обеспечиваемого им, существенно уменьшается, что позволяет протекать большим токам во время нормальной работы схемы.

Термисторы, используемые для этого приложения, спроектированы соответствующим образом, и поэтому их размер больше по сравнению с термисторами измерительного типа.

Если температурный коэффициент положительный, термистор можно использовать в следующих случаях:

Устройства ограничения тока: в электронных схемах используются термисторы PTC в виде устройств ограничения тока.

Термисторы PTC выступают в качестве альтернативного устройства для более часто используемых предохранителей. Нет никаких нежелательных или побочных эффектов, вызванных теплом, которое выделяется в небольших количествах, когда устройство испытывает ток в нормальных условиях.

Но в случае, если ток через устройство очень велик, это может привести к увеличению сопротивления, поскольку тепло не может рассеиваться в окружающей среде, поскольку устройство не может этого сделать.

Это приводит к выделению большего количества тепла, вызывая эффект положительной обратной связи. Устройство защищено от такого тепла и колебаний тока, так как падение тока наблюдается при увеличении сопротивления.

Области применения термисторов очень разнообразны. Термисторы можно использовать для измерения температуры надежным, дешевым (экономичным) и простым способом.

Различные устройства, в которых могут использоваться термисторы, включают термостаты и пожарную сигнализацию. Термисторы могут использоваться по отдельности вместе с другими устройствами. В последнем случае можно использовать термистор для обеспечения высокой точности, сделав его частью моста Уитстона.

Также термисторы используются в виде устройств температурной компенсации.

У большого процента резисторов наблюдается увеличение сопротивления, которое наблюдается при соответствующем повышении температуры из-за их положительного температурного коэффициента.

В случае, если приложения предъявляют высокие требования к стабильности, используется термистор с отрицательным температурным коэффициентом. Это достигается, когда схема включает термистор, чтобы противодействовать влиянию компонентов, вызванному их положительным температурным коэффициентом.