Termistor – co to je, použití a princip činnosti

Během výrobního procesu bude muset být polovodič jinak tvarován. Existují termistory ve formě tenkých trubek, velkých podložek, tenkých desek nebo malých kulatých prvků. Některé části mají rozměry několik mikronů. Hlavními typy termistorů jsou termistory a pozistory (se záporným a kladným TCR (teplotní koeficient odporu), resp. U termistorů se s rostoucí teplotou odpor snižuje a u pozistorů naopak roste.

Kde se používá (rozsah použití)

Termistory se aktivně používají v různých oblastech úzce souvisejících s elektronikou. Jsou zvláště důležité při realizaci procesů, které závisí na správném nastavení teploty. Tento přístup je relevantní pro počítačové technologie, zařízení pro přenos informací, vysoce přesná průmyslová zařízení atd. Běžným způsobem použití termistorů je omezení proudů, které vznikají během procesu spouštění zařízení.

Typy podle principu činnosti

Termistory se liší svým principem činnosti. Existují dva typy:

1. KONTAKT. Tato kategorie zahrnuje termočlánky, teplotní senzory, plněné teploměry a teploměry bimetalového typu.
2. BEZKONTAKTNÍ. Do této skupiny patří termistory postavené na infračerveném principu činnosti. Aktivně se používají v obranném sektoru díky své schopnosti detekovat tepelné záření z infračervených a optických paprsků (vyzařovaných plyny a kapalinami).

Základní charakteristiky termistorů

Při hodnocení termistorů je třeba vzít v úvahu a analyzovat jejich vlastnosti:

1. Proudově napěťová charakteristika je křivka na grafu znázorňující závislost napětí na vzorku na proudu procházejícím termistorem. Graf je nakreslen s ohledem na tepelnou rovnováhu s okolní přírodou. Grafy se liší pro pozistory a termistory.
2. Teplotní charakteristiky. Při vykreslování grafu se odstraňuje závislost odporu na teplotě v určitém režimu. Na ose R se parametr nastavuje podle principu desetinásobného zvýšení (10X) a na časové ose se přeskakuje úsek v rozsahu od nuly do 223 Kelvinů.
3. Topná charakteristika. Pomocí grafu můžete vidět parametry tepelných rezistorů pracujících na nepřímém principu. Jinými slovy, křivka odráží závislost odporu součásti na dodaném výkonu. Při indikaci grafu se měřítko odporu bere s ohledem na 10X.

Obecný princip činnosti

Termistory jsou vyrobeny co nejcitlivěji na změny teploty, protože pracují na tomto principu. Při absenci zahřívání jsou atomy, které tvoří součást, ve správném pořadí a tvoří dlouhé řady.

V případě zahřívání se zvyšuje počet aktivních „nosičů náboje“. Čím více takových jednotek, tím vyšší je vodivost materiálu.

Při studiu křivky odporu proti teplotě můžete vidět charakteristiku nelineárního typu. Termistor přitom vykazuje nejlepší vlastnosti v rozsahu od -90 do +130 stupňů.

Je důležité vzít v úvahu, že princip fungování takových částí je založen na korelaci mezi teplotním režimem a kovy v části.

Samotný termistor je vyroben za použití polovodičových sloučenin (oxidy, mangan, měď, nikl, silikáty, železo a další). Takové komponenty jsou schopny reagovat na sebemenší změnu teploty.

Vytvořené elektrické pole tlačí elektron, který se pohybuje, dokud nenarazí na atom. Z tohoto důvodu je pohyb elektronu zpomalen.

S rostoucí teplotou se atomy pohybují aktivněji. Za takových okolností se původní akt rychleji srazí s jiným prvkem. V důsledku toho vzniká další odpor.

Po poklesu provozní teploty elektrony „spadnou“ do nižších valenčních hladin a dostanou se do nevybuzeného stavu. Jinými slovy, méně se pohybují a nevytvářejí tolik odporu.

Pokud teplota stoupá, zvyšuje se také indikátor R, ale zde je třeba vzít v úvahu typ termistoru, na kterém závisí princip zvyšování a zvyšování odporu při změně teploty.

NTC

NTC termistory jsou výrobky se záporným teplotním koeficientem. Jejich vlastností je zvýšená citlivost, vysoký teplotní koeficient (o jeden až dva řády vyšší než u kovu), malé rozměry a široký teplotní rozsah.

Polovodiče NTC se snadno používají, jsou stabilní v provozu a snesou velké přetížení.

Zvláštností NTC je, že jejich odpor se zvyšuje s klesající teplotou. Naopak, pokud t klesá, parametr R se zvyšuje. Při výrobě takových dílů se používají polovodiče.

Princip fungování je jednoduchý. S rostoucí teplotou se prudce zvyšuje počet nosičů náboje a elektrony jsou směrovány do vodivostního pásma. Při výrobě dílů lze kromě polovodičů použít i přechodné kovy.

Při analýze NTC musíte vzít v úvahu beta. Je důležité, zda se produkt používá pro měření teploty, pro grafové průměrování a výpočty pomocí mikrokontrolérů.

Obvykle se termistory NTC používají v teplotním rozsahu od 25 do 200 stupňů. Lze je tedy použít pro měření ve stanoveném limitu.

Rozsah jejich použití je třeba zvážit samostatně. Takové díly jsou levné a užitečné pro omezení zapínacích proudů při spouštění elektromotorů, chrání Li baterie a snižují nabíjecí proudy napájecího zdroje.

NTC termistor se používá také v autě – senzor používaný k určení bodu vypnutí a zapnutí klimatizace v autě.

Další aplikací je sledování teploty motoru. Pokud je překročen bezpečný limit, je odeslán příkaz do relé a poté je motor vypnut.

Neméně důležitým prvkem je požární senzor, který zaznamená nárůst teploty a spustí poplach.

Termistory NTC jsou označeny písmeny nebo barevně odlišenými pruhy, kroužky nebo jiným označením. Možnosti označení závisí na výrobci, typu produktu a dalších parametrech.

Příklad označení 5D-20, kde první číslo ukazuje odpor termistoru při 25 stupních Celsia a číslo vedle něj (20) je průměr.

Čím vyšší je tento parametr, tím větší je rozptylový výkon produktu. Aby nedošlo k chybnému označení, doporučuje se používat oficiální dokumentaci.

PTC

Na rozdíl od termistorů diskutovaných výše mají termistory PTC kladný odporový koeficient. To znamená, že pokud se díl zahřeje, zvýší se i jeho odpor. Takové výrobky se aktivně používaly ve starých televizorech vybavených barevnými dalekohledy.

Dnes existují dva typy PTC termistorů (v závislosti na počtu pinů) – se dvěma a třemi odbočkami. Rozdíl mezi produkty se třemi koncovkami je v tom, že obsahují dva pozitrony ve tvaru „tablet“, instalované v jednom krytu.

Navenek se může zdát, že tyto prvky jsou totožné, ale v praxi tomu tak není. Jeden z „tabletů“ je menší. Liší se také odpor – od 1,3 do 3,6 kOhm v prvním případě a od 18 do 24 Ohm u druhého takového tabletu.

Dvousvorkové termistory jsou vyráběny z polovodičového materiálu (nejčastěji Si – křemík). Navenek produkt vypadá jako malá deska se dvěma terminály na různých koncích.

PTC termistory se používají v různých oblastech. Nejčastěji se používají k ochraně energetických zařízení před přetížením nebo přehřátím a také k udržení bezpečné teploty.

Hlavní oblasti použití:

1. Ochrana elektromotorů. Účelem výrobku je chránit vinutí před vyhořením v případě klínu rotoru nebo v případě poruchy chladicího systému. Pozistor plní roli snímače připojeného k řídicímu zařízení s vypínacími relé, stykači a spouštěči. Když nastane situace vyšší moci, odpor se zvýší a signál je odeslán do ovládacího prvku, který dá příkaz k vypnutí motoru.
2. Ochrana vinutí transformátoru před přehřátím nebo přetížením. V takovém obvodu je v obvodu primárního vinutí instalován posistor.
3. Topná jednotka v lepicích pistolích.
4. V autech pro vytápění sacího traktu.
5. Demagnetizace CRT obrazovek atd.

Kde se nachází na diagramu

Zobrazení termistoru na schématu se může lišit. Produkt lze snadno najít podle označení t a t0. Navenek se projevuje jako odpor, kterým zespodu diagonálně prochází pás se „stojanem“ pod t0. Hlavní označení jsou R1, TH1 nebo RK1.

V případě pochybností o rozsahu použití lze termistor zahřát a sledovat jeho chování. Pokud se odpor změní, je to požadovaný prvek.

Termistory se používají téměř všude – v nabíječce, v zesilovačích automobilů, zdrojích PC, v Li-Ion bateriích a dalších zařízeních. Najít je na schématu není těžké.

SMD a vestavěné termistory

Existují také dva další typy termistorů, které stojí za pozornost:

1. SMD – díly se speciálním typem instalace (pro vnější montáž). Externě se příliš neliší od SMD kondenzátorů vyrobených z keramiky. Rozměry odpovídají standardní řadě – 1206, 0805, 0603 atd. Rozeznat takové výrobky od SMD termistorů podle vzhledu je téměř nemožné.
2. Vestavěný. Používají se v pájecích stanicích (pro řízení teploty hrotu) včetně horkovzdušného typu.

Princip činnosti termistorů

Termistory (termistory) jsou polovodičové odpory s nelineární proudově-napěťovou charakteristikou, jejichž charakteristickým rysem je výrazná teplotní závislost elektrického odporu v rozsahu od -100 do 200 °C.

Nejpoužívanějšími termistory jsou termistory, jejichž odpor se s rostoucí teplotou snižuje, tedy termistory s negativním teplotním koeficientem odporu (TCR). Existují však rezistory, jejichž odpor roste s rostoucí teplotou. Obvykle se jim říká posistory. PTC rezistory jsou vyrobeny na bázi titanát-baryové keramiky.

Uvažujme termistory s negativním TCR, vyrobené z polovodičových materiálů. Snížení odporu polovodiče s rostoucí teplotou může být způsobeno různými důvody — zvýšením koncentrace nosičů náboje nebo zvýšením jejich pohyblivosti, stejně jako fázové přeměny.

První jev je typický pro termistory vyrobené z germania, křemíku, karbidu křemíku, sloučenin typu АΙΙΙВV atd. Teplotní závislost rezistivity polovodiče je dána především změnou koncentrace nosičů náboje, neboť relativně slabý změnu jejich pohyblivosti lze ve většině případů zanedbat.

Při teplotě absolutní nuly jsou všechny energetické hladiny valenčního pásma nedegenerovaného polovodiče obsazeny elektrony. V tomto případě se valenční elektrony nemohou účastnit elektrického proudu, protože jakýkoli jejich pohyb je spojen se zvýšením energie, a tedy s přechodem na vyšší energetickou hladinu, což je v rámci valenčního pásma nemožné. Proto je při T = 0 K polovodič podobný izolantu a jeho vodivost je nulová. Aby elektron prošel do vodivého pásma čistého polovodiče, je nutné mu předat energii rovnou zakázanému pásmu ∆eg. Valenční elektrony mohou takovou energii získat, pokud je krystal zahřátý na určitou teplotu. Díky přítomnosti volných hladin ve vodivém pásmu se elektrony přenesené tam budou moci pohybovat pod vlivem elektrického pole. Všimněte si, že vodivost polovodiče v tomto případě bude určena nejen přítomností elektronů ve vodivém pásu, ale také výskytem děr ve valenčním pásu.

Pravděpodobnost přechodu elektronů z valenčního do vodivostního pásma a následně i počet vytvořených volných elektronů a děr výrazně (podle exponenciálního zákona) roste s rostoucí teplotou:

kde ni je koncentrace volných elektronů (index i označuje, že polovodič je intrinsický; všimněte si, že v intrinsickém polovodiči je koncentrace volných děr p = ni);

∆Εg je pásmová mezera, která, přísně vzato, sama závisí

T – absolutní teplota;

k – Boltzmannova konstanta.

Pokud polovodič obsahuje nečistoty, vede to k tvorbě energetických hladin uvnitř zakázaného pásu. Atomy nečistot i při relativně nízkých teplotách mohou dodávat elektrony do vodivostního pásma (v tomto případě se nečistota nazývá donor a polovodič je typu n) nebo otvory do valenčního pásma (nečistota se nazývá akceptor a polovodič je p-typ), jak je požadováno pro Tato energie je obvykle mnohem menší než pásmová mezera. Závislost koncentrace nosiče náboje v polovodiči typu n na teplotě je znázorněna na Obr. 1.

Většina průmyslově vyráběných termistorů je vyrobena z polykrystalických oxidových polovodičů, ve kterých převládá iontová vazba. Elektrická vodivost těchto materiálů se liší od elektrické vodivosti kovalentních polovodičů diskutovaných výše. Polovodiče jsou zpravidla oxidy přechodných kovů, které se vyznačují přítomností nenaplněných elektronových obalů a proměnnou mocností. Při vzniku takového oxidu za určitých podmínek (přítomnost nečistot, odchylka od stechiometrie) se ve stejných krystalografických polohách objevují ionty s různým nábojem. Elektrická vodivost oxidových polovodičů je způsobena výměnou elektronů mezi těmito ionty. Protože energie potřebná pro takovou výměnu je malá, všechny elektrony (nebo díry), které se mohou pohybovat od jednoho iontu k druhému, lze považovat za volné nosiče náboje a jejich koncentrace je konstantní při teplotách v pracovním rozsahu pro termistor.

Díky silné interakci nosičů náboje s ionty je pohyblivost nosičů náboje v oxidovém polovodiči dosti nízká a exponenciálně roste s rostoucí teplotou. V důsledku toho se teplotní závislost odporu oxidového polovodiče ukazuje jako stejná jako u kovalentních polovodičů, ale není způsobena změnou koncentrace volných nosičů náboje, ale změnou jejich pohyblivosti.

U oxidů vanadu V2O4 a V2O3 je na rozdíl od výše diskutovaných polovodičů důvodem výrazné (o několik řádů) změny jejich odporu fázový přechod při teplotách 68 a -110 °C. Na základě těchto oxidů byly vytvořeny termistory s velmi vysokým teplotním koeficientem odporu.

Schematické znázornění teplotní závislosti koncentrace elektronů v nečistotě (donoru) a vlastních polovodičích

Tvar termistoru

• plochá deska;
• řídit
• jádro;
• podložka;
• trubka;
• korálek;
• válec.

Nejmenší termistory jsou ve formě kuliček. Jejich rozměry jsou menší než 1 milimetr a vlastnosti prvků jsou stabilní. Nevýhodou je nemožnost vzájemné substituce v elektrických obvodech.

Klasifikace termistorů podle počtu stupňů v Kelvinech:

• ultra vysoká teplota – od 900 do 1300;
• vysoká teplota – od 570 do 899;
• střední teplota – od 170 do 510;
• nízká teplota – až 170.

Maximální zahřívání, i když je pro termočlánky přijatelné, ovlivňuje jejich výkon tím, že zhoršuje kvalitu a způsobuje významné chyby ve výkonu.

Typy termistorů

1. Termistor je termistor, jehož odpor s rostoucí teplotou klesá.

2. Pozistor je termistor, jehož odpor se s rostoucí teplotou značně zvyšuje.

3. Přímo vyhřívaný termistor, jehož teplota a odpor jsou určeny okolní teplotou a samoohřevem z proudu, který jím protéká.

4. Nepřímý topný termistor, vyhřívaný speciálním přídavným vestavěným topným tělesem.

5. Bolometr – termistor, citlivý na účinky tepelného a optického záření, obsahující aktivní a kompenzační část.

Termistor je polovodičový prvek, který reaguje na změny teploty. Hlavní charakteristikou termistoru je jeho odpor, který se snižuje nebo zvyšuje v důsledku provozní teploty.

Mnoho lidí si plete termistor s posistorem a myslí si, že jde o totéž. To však není pravda, protože termistory a pozistory jsou navrženy pro různé účely.

Hlavním účelem termistorů je omezit proud. Termistor slouží jako ochranné zařízení, které chrání elektrický spotřebič před přehřátím a přetížením.

Co je termistor, můžete zjistit v tomto článku na webu SAM Electric INFO https://samelektrikinfo.ru/.

Co je termistor a proč je potřeba?

Takže už víme, že termistor je polovodič, který reaguje na změny teploty. Na rozdíl od pozistoru se odpor termistoru s rostoucí teplotou nezvyšuje, ale klesá.

Dnes existuje několik typů termistorů – s negativními a pozitivními teplotami. Termistory s kladnou teplotou jsou posistory.

Jsou označeny jako PTC (Positive Temperature Coefficient). A se zápornou teplotou tzv. termistory, o kterých pojednává tento článek. Jsou označeny jako NTC (Negative Temperature Coefficient).

Je zřejmé, že odpor termistorů a pozistorů závisí na teplotním režimu. Termistory reagují na zvýšení teploty a posistory naopak na pokles. Tyto polovodičové prvky lze tedy flexibilně používat k omezení provozu různých zařízení a dílů.

Kde se používají termistory?

Termistory se používají v zařízeních, u kterých je důležité udržovat správné teplotní podmínky. Tyto prvky slouží jako ochrana proti přehřátí a přetížení v různých elektrických zařízeních. To pomáhá předcházet předčasnému selhání.

Dnes se používají termistory:

• V elektrotechnice;
• V oblasti výpočetní techniky;
• Ve vysoce přesných zařízeních.

Alespoň jeden termistor je umístěn na desce počítače nebo uvnitř síťového šroubováku. Jedná se o nepostradatelný prvek, který pomůže ochránit nástroj před přehřátím a výrazně prodlouží jeho životnost.

Mnoho lidí se ptá, zda je možné termistor něčím nahradit. Termistor nebude možné vyměnit, protože má své vlastní specifické vlastnosti a princip fungování. Při měření teploty se mění i odpor termistoru.

Symbol pro termistory ve schématu

Na schématech zapojení jsou termistory, bez ohledu na to, zda se jedná o termistor nebo pozistor, označeny jako běžné odpor s přidáním písmene „t“. Na fotografii níže můžete vidět, co je termistor symbolizován ve schématech.

Jak je zřejmé, písmeno „t“ označuje teplotu. Hlavní charakteristiky termistorů přesně souvisí s rozsahem provozních teplot, jmenovitým odporem při teplotě 25 stupňů a maximálním proudem.

Měli byste vědět, že termistory nemají žádnou polaritu. Proto je lze použít ve střídavých obvodech. Často jsou to termistory, které selhávají na desce, takže odstraňování problémů je nejlepší začít kontrolou termistoru pomocí multimetru.