Co je termistor a kde se používá?

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.

Začátečníci radioamatéři se ptají – termistor: co to je? Stručně řečeno, termistor (termistor) je rádiová součástka, což je v podstatě typ rezistoru, jehož konstrukce je založena na polovodičích. Jeho odpor závisí na teplotě, jak naznačuje kořen slova „therm“. Jsou vyrobeny na bázi směsných oxidů kovů. Existují termistory, které pracují při záporných i kladných teplotách.

Termistory pracující při teplotách pod nulou jsou nejběžnější v radiotechnice. Ty, které jsou provozovány při vysokých teplotách, se používají omezeně. Používají se v zařízeních s přísným kontrolním a poplašným systémem. Termistory mají širokou škálu tvarů a navíc mají tyto odpory velmi miniaturní velikosti. Díky tomu našly své využití dokonce i v medicíně – měří teplotu uvnitř cév.

Článek podrobně pojednává o struktuře, vlastnostech a rozsahu použití termistorů. Na konci článku je také soubor s podrobnými informacemi o tomto tématu a videem.

Jak to funguje?

Termistor je polovodičový prvek s proměnlivou charakteristikou (odpor) v závislosti na teplotě. Produkt byl vynalezen v roce 1930 a za jeho tvůrce je považován slavný vědec Samuel Ruben. Od svého vzniku se termistor rozšířil v rádiové elektronice a úspěšně se používá v mnoha příbuzných oborech.

Díl je vyroben z materiálů s vysokým teplotním koeficientem (TC). Jsou založeny na speciálních polovodičích, jejichž vlastnosti jsou lepší než u nejčistších kovů a jejich slitin.

Při přípravě hlavního odporového prvku se používají oxidy určitých kovů, halogenidy a chalkogenidy. K výrobě se používá měď, nikl, mangan, kobalt, germanium, křemík a další látky. Během výrobního procesu bude muset být polovodič jinak tvarován. V prodeji najdete termistory ve formě tenkých trubek, velkých podložek, tenkých desek nebo malých kulatých prvků. Některé části mají rozměry několik mikronů.

Termistor je rezistor s vysokým teplotním koeficientem odporu (TCR). Při změně teploty vodivého materiálu termistoru se výrazně změní jeho elektrický odpor. Termistory mohou být kladné nebo záporné TCS. Termistory s kladným TCS se nazývají PTC termistory nebo pozistory a ty se záporným TCS se nazývají NTC termistory. Když se PTC termistor (posistor) zahřeje, zvýší se jeho odpor. Když se termistor NTC zahřeje, jeho odpor se sníží.

[stextbox pozistoru odpovídá jmenovitému Rn uvedenému v referenční dokumentaci, obvykle při teplotě 25 stupňů. Celsia, méně často na 20. Na začátku ohřevu PTC termistoru se jeho odpor mírně sníží na určitou minimální hodnotu Rmin. Při dalším zahřívání na určitou teplotu Tref se odpor pozistoru mírně zvýší.[/stextbox]

Další zahřívání v teplotním rozsahu od Tref do maximální přípustné hodnoty znamená rychlý nárůst odporu. V tomto případě může rozdíl v odporu dosáhnout několika řádů.

Závislost odporu a teploty

Odpor ideálních polovodičů (počet děr a nosičů náboje je stejný) v závislosti na teplotě lze vyjádřit následujícím vzorcem

kde A, b jsou konstanty závislé na vlastnostech materiálu a geometrických rozměrech.

Složité složení a neideální rozložení náboje v termistorovém polovodiči však neumožňuje přímé využití teoretické závislosti a vyžaduje empirický přístup. Pro NTC termistory se používá Steinhartův a Hartův aproximační vztah

Bude to zajímavé➡ Jak se liší paralelní a sériové zapojení rezistorů?

1/T = a+b(lnR)+c(lnR) 3

kde T je teplota v K;

R – odpor v Ohmech;

a,b,c – termistorové konstanty určené při kalibraci ve třech teplotních bodech vzdálených od sebe minimálně 10 C.

Typický 10 kOhm termistor má koeficienty v rozsahu 0-100 C blízké následujícím hodnotám:

• a = 1,03-10
• b = 2,93 10-4
• c = 1,57-10

Kotoučové termistory mohou být zaměnitelné, tzn. všechny snímače určitého typu budou mít stejnou charakteristiku v rámci tolerance stanovené výrobcem. Nejlepší možná tolerance je obecně ±0,05 C v rozsahu 0 až 70 C. Korálkové termistory nejsou zaměnitelné a vyžadují individuální kalibraci.

Termistory lze kalibrovat v kapalinových termostatech. Termistory je nutné utěsnit ponořením do skleněných zkumavek. Obvykle se pro kalibraci a výpočet konstant termistor porovnává se standardním platinovým teploměrem.

V rozsahu od 0 do 100 C se srovnání provádí v bodech s intervalem 20 C. Chyba interpolace obvykle nepřesahuje 1–5 mK při použití upravené Steinhartovy a Hartovy rovnice:

1/T = a+b(lnR)+c(lnR)2 + d(lnR)3

Lze použít i referenční body: trojný bod vody (0,01 C), bod tání gallia (29,7646 C), body fázového přechodu eutektik a organických materiálů.

Pro kalibraci několika termistorů je možné je zapojit do série tak, aby jimi procházel stejný proud. Při kalibraci a použití termistorů je důležité vzít v úvahu zahřívací účinek měřicího proudu. Pro termistor 10 kOhm se doporučuje volit proudy od 10 μA (chyba 0,1 mK) do 100 μA (chyba 10 mK).

Pro začátek definujme tento typ rádiových součástek jako termistory (nebo, jak se jim také říká, termistory). Jsou polovodičovým prvkem, jehož odpor se mění v závislosti na teplotě. Tato závislost může být:

1. Přímý (čím vyšší teplota, tím vyšší odpor) je typ PTC (z anglického Positive Temperature Coefficient, tedy kladný/kladný teplotní koeficient). Alternativní název je „posistory“.
2. Reverzní (odpor se zvyšuje s poklesem teploty a naopak) je typ NTC (z anglického Negative Temperature Coefficient, tedy záporný/negativní teplotní koeficient).

Termistory se často dělí podle rozsahů provozních teplot:

• Nízká teplota (pod 170 K);
• Střední teplota (170-510 K);
• Vysoká teplota (přes 510 K).

Označení termistoru je uvedeno na obrázku níže.

Hlavní parametry

Při výběru dílu je důležité zaměřit se na jeho ukazatele a vlastnosti, které se liší v závislosti na typu, výrobci, zdrojovém materiálu a dalších ukazatelích. Při výběru produktu je třeba zjistit hlavní parametry a určit, zda jsou vhodné pro řešení úkolu nebo ne.

Při nákupu si musíte být jisti, že díl má správnou velikost a bude pasovat na desku (do obvodu). Parametry jsou měřeny v Ohmech a jsou uvedeny ve vztahu k aktuální teplotě ve stupních Celsia nebo Kelvina. Pokud je díl navržen pro provoz při teplotách od -100 do +200 stupňů Celsia, předpokládá se teplotní režim pro prostředí 20-25 stupňů Celsia.

Parametr odráží tepelnou setrvačnost. Výpočet zohledňuje čas potřebný ke změně teploty tepelného odporu o 63 % rozdílu t dílu a okolního vzduchu. Ve většině případů se tento parametr bere jako rovný 100 stupňům Celsia. TCS (% na stupeň Celsia).

Bude to zajímavé➡ Jakou sílu má rezistor?

Zpravidla je tento indikátor předepsán pro stejnou teplotu t jako odpor za studena. V takové situaci se v označení používají jiná čísla – zavináč. Ztrátový výkon Pmax (maximální přípustný parametr), W. Na základě tohoto ukazatele lze posoudit hranici, před kterou nedochází v polovodiči k nevratným změnám (parametry zůstávají stejné). V tomto případě nemůže být při dosažení Pmax překročena teplota tmax.

Teplota tmax je maximální přípustný parametr, při kterém zůstane charakteristika termistoru po dlouhou dobu nezměněna (na úrovni nastavené výrobcem). Koeficient energetické citlivosti (měřeno ve W/procenta*R). Označení – G. Indikátor odráží výkon, který musí být rozptýlen na součásti, aby se snížil parametr R o jedno procento.

[rozptyl textového pole (měřeno ve wattech na stupeň Celsia). Symbol – H. Parametr odráží výkon, který je rozptylován tepelným odporem, když se teplotní podmínky součásti a okolního vzduchu liší o jeden stupeň. Výše diskutované koeficienty (G a H) závisí na vlastnostech použitého polovodiče a charakteristikách výměny tepla mezi produktem a jeho okolím. Parametry spolu souvisí prostřednictvím speciálního vzorce – G=H/100a.[/stextbox]

Konstrukce a materiály

Velkou výhodou termistorů je jejich tvarová rozmanitost a miniaturní velikost. Hlavní konstrukční typy: perlička (0,1-1 mm), kotouč (2,5-18 mm), válcový (3-40 mm), filmový povlak (tloušťka 0,2-1 mm). Korálkové termistory jsou k dispozici s průměrem do 0,07 mm s vývody o tloušťce 0,01 mm. Tyto miniaturní senzory mohou měřit teplotu uvnitř krevních cév nebo rostlinných buněk. Většina termistorů jsou keramické polovodiče vyrobené z granulovaných oxidů kovů a nitridů vytvořením komplexní vícefázové struktury s následným slinováním (slinováním) na vzduchu při 1100-1300 C.

Komplexní binární a ternární struktury oxidů přechodných kovů, jako je (AB)₃O₄, (ABC)₃O₄ tvoří základ termistorů. Běžný vzorec je (Ni_0.2Mn_0.8)₃O₄. Nejstabilnější termistory při teplotách pod 250 C jsou termistory na bázi směsných oxidů mania a niklu nebo hořčíku, niklu a kobaltu, mající negativní TCR. Vodivost termistoru r (25 C) závisí na chemickém složení a stupni oxidace. Další kontroly vodivosti je dosaženo přidáním velmi malých koncentrací kovů, jako je Li a Na.

Při výrobě perličkových termistorů jsou perličky naneseny na dva paralelní platinové dráty při teplotě 1100 C a dráty jsou rozřezány na kusy, aby se získala požadovaná konfigurace svorek. Kuličky jsou potaženy skleněným povlakem, sintrovány při 300 C, nebo jsou kuličky uzavřeny uvnitř miniaturních skleněných trubiček.

K získání kovových kontaktů v kotoučových termistorech je na kotouč nanesen kovový povlak Pt-Pd-Ag a přívodní vodiče jsou spojeny s povlakem pájením nebo lisováním. Jmenovité hodnoty termistoru jsou výrazně vyšší než u kovových odporových teploměrů, typicky 1, 2, 5, 10, 15 a 30 kΩ. Proto lze použít dvouvodičový spínací obvod.

Stabilita

Důvody nestability termistoru jsou následující:

• napětí vznikající v materiálu při tepelném cyklování a vytváření mikrotrhlin;
• strukturální změny v polovodiči;
• vnější kontaminace (voda a další látky) a následné chemické reakce v pórech a na povrchu polovodiče;
• selhání přilnavosti kovového filmu;
• migrace nečistot z kovových kontaktů do materiálu termistoru.

Pro získání stabilního stavu jsou termistory vystaveny stárnutí (až 500-700 dní). Zpravidla se odolnost zvyšuje během stárnutí. Při delším používání termistorů jdou ve většině případů za toleranční limity, termistorový teploměr ukazuje teplotu o něco nižší, než je hodnota určená jmenovitou charakteristikou. Výzkum ukazuje, že perličkové termistory mohou vykazovat velmi vysokou stabilitu (drift až 3 mK za 100 dní při 60 C).

Bude to zajímavé➡ Variabilní rezistor

Diskové termistory jsou méně stabilní (drift až 50 mK za 100 dní při 60 C). Termistory jsou zvláště zajímavé pro měření nízkých teplot kvůli jejich relativní necitlivosti na magnetická pole. Některé typy termistorů lze použít až do teplot mínus 100 C. Rozsah nejlepší stability termistorů je od 0 do 100 C. Hlavními výhodami termistorů jsou odolnost proti vibracím, malé rozměry, malá setrvačnost a nízká cena.

Kde jsou použity

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 při spouštění zařízení. Když je na napájecí zdroj přivedeno napětí, kondenzátor rychle získá kapacitu, což vede ke zvýšenému toku proudu. Pokud tento parametr neomezíte, hrozí vysoké riziko poškození (průrazu) diodového můstku.

K ochraně drahé součástky se používá termistor – prvek omezující proud při náhlém zahřátí. Po normalizaci režimu klesne teplota na bezpečnou úroveň a odpor termistoru se vrátí na původní úroveň.