Termistor (termistor) - um elemento eletrônico de estado sólido que se parece com um resistor permanente, mas tem um pronunciado característica de temperatura... Este tipo de dispositivo eletrônico é geralmente usado para variar a tensão de saída analógica em resposta às mudanças na temperatura ambiente. Em outras palavras, as propriedades elétricas de um termistor e o princípio de operação estão diretamente relacionados a um fenômeno físico - a temperatura.

O termistor é um elemento semicondutor termossensível baseado em óxidos de metal semicondutores. Normalmente na forma de um disco ou bola com cabos metalizados ou de conexão.

Essas formas permitem que o valor resistivo mude em proporção a pequenas mudanças de temperatura. Para resistores padrão, a mudança na resistência do aquecimento é vista como um fenômeno indesejável.

Mas o mesmo efeito parece ter sucesso ao construir muitos Circuitos eletrônicos requerendo determinação de temperatura.

Assim, sendo não linear aparelho eletrônico com resistência variável, o termistor é adequado para funcionar como um sensor termistor. Sensores desse tipo são amplamente usados ​​para monitorar a temperatura de líquidos e gases.

Atuando como um dispositivo de estado sólido baseado em óxidos de metal altamente sensíveis, o termistor opera em nível molecular.

Os elétrons de valência tornam-se ativos e reproduzem o TCS negativo ou passivo e, a seguir, reproduzem o TCS positivo.

Como resultado, os dispositivos eletrônicos - termistores - apresentam resistividade reprodutível muito boa, mantendo as características de desempenho que os permitem trabalhar produtivamente em uma faixa de temperatura de até 200ºC.

O uso de termistores na prática

A direção básica de aplicação em nesse caso são sensores de temperatura resistivos. No entanto, esses mesmos elementos eletrônicos pertencentes à família de resistores podem ser usados ​​com sucesso em série com outros componentes ou dispositivos.

Circuitos simples inclusão de termistores, mostrando o funcionamento dos dispositivos como sensores de temperatura- uma espécie de conversores de tensão devido a mudanças na resistência

Este circuito de comutação permite controlar a corrente que flui através do componente. Assim, os termistores, de fato, também atuam como limitadores de corrente.

Os termistores estão disponíveis em diferentes tipos, materiais e tamanhos, dependendo do tempo de resposta e da temperatura operacional.

Existem modificações herméticas dos dispositivos, protegidos da penetração de umidade. Existem projetos para altas temperaturas de operação e tamanhos compactos.

Existem três tipos mais comuns de termistores:

• bola,
• disco,
• encapsulado.

Os dispositivos funcionam dependendo das mudanças de temperatura:

1. Para diminuir o valor resistivo.
2. Para aumentar o valor resistivo.

Ou seja, existem dois tipos de dispositivos:

1. TCS negativo (NTC).
2. TCS positivo (PTC).

Coeficiente TCS negativo

Os termistores NTC NTC diminuem seu valor resistivo conforme a temperatura externa aumenta. Via de regra, são esses dispositivos os mais utilizados como sensores de temperatura, pois são ideais para quase todos os tipos de eletrônicos em que o controle de temperatura é necessário.

A resposta negativa relativamente grande do termistor NTC significa que mesmo pequenas mudanças na temperatura podem alterar significativamente a resistência elétrica do instrumento. Este fator torna os modelos NTC sensores ideais. medidas certas temperaturas.

Esquema de calibração (verificação) do termistor: 1 - fonte de alimentação; 2 - direção da corrente; 3 - elemento eletrônico testado - termistor; 4 - microamperímetro de calibração

Termistores NTC, que reduzem a resistência com o aumento da temperatura, estão disponíveis em diferentes resistências de base por design. Normalmente, as resistências da linha de base estão à temperatura ambiente.

Por exemplo: 25ºC é considerado o ponto de temperatura de referência (base). A partir daqui, os valores dos dispositivos são construídos, por exemplo, das seguintes classificações:

• 2,7 kΩ (25ºC),
• 10 kΩ (25ºC)
• 47 kΩ (25ºC)….

Outro característica importanteé o valor "B". O valor "B" é uma constante que é determinada pelo material cerâmico do qual o termistor é feito.

A mesma constante determina o gradiente da curva da razão de resistência (R / T) em uma determinada faixa de temperatura entre dois pontos de temperatura.

Cada material do termistor tem uma constante de material diferente e, portanto, uma resistência individual em relação à curva de temperatura.

Assim, a constante "B" define um valor resistivo na linha de base T1 (25 ° C) e outro valor em T2 (por exemplo, a 100 ° C).

Portanto, o valor de B definirá uma constante de material do termistor constante limitada pela faixa de T1 e T2:

B * T1 / T2 (B * 25/100)

p.s. os valores de temperatura nos cálculos são obtidos em graduação Kelvin.

Conclui-se que tendo o valor "B" (das características do fabricante) de um determinado dispositivo, o engenheiro eletrônico terá apenas que criar uma tabela de temperaturas e resistências para construir um gráfico adequado usando a seguinte equação normalizada:

B (T1 / T2) = (T 2 * T 1 / T 2 - T 1) * ln (R1 / R2)

onde: T1, T2 - temperaturas em graus Kelvin; R 1, R 2 - resistências em temperaturas correspondentes em Ohms.

Assim, por exemplo, um termistor NTK com uma resistência de 10 kΩ tem um valor B de 3455 dentro de uma faixa de temperatura de 25 - 100ºC.

Um ponto óbvio: os termistores mudam a resistência exponencialmente com as mudanças na temperatura, então a característica é não linear. O mais Pontos de controle forem definidas, mais precisa será a curva.

Usando um termistor como um sensor ativo

Como o dispositivo é um tipo de sensor ativo, um sinal de excitação é necessário para a operação. Quaisquer mudanças na resistência devido a mudanças de temperatura são convertidas em mudanças de voltagem.

A indústria produz termistores de vários designs, incluindo alta precisão, protegidos de forma confiável para uso em sistemas de alto nível

A maneira mais fácil de obter esse efeito é usar um termistor como parte de um circuito divisor de potencial, conforme mostrado na figura abaixo. Uma tensão constante é aplicada ao resistor e ao circuito do termistor.

Por exemplo, um circuito é usado onde um termistor de 10 kΩ é conectado em série com um resistor de 10 k. Nesse caso, a tensão de saída na base Т = 25ºC será a metade da tensão de alimentação.

Assim, um circuito divisor de potencial é um exemplo de um conversor simples de resistência para tensão. Aqui, a resistência do termistor é controlada pela temperatura, seguida pela formação de um valor de tensão de saída proporcional à temperatura.

Em termos simples: quanto mais quente a caixa do termistor, menor a tensão de saída.

Enquanto isso, se você alterar a posição do resistor em série R S e do termistor R TH, o nível de tensão de saída será invertido. Ou seja, quanto mais o termistor aquece, maior será o nível de tensão de saída.

Os termistores também podem ser usados ​​como parte de uma configuração básica de ponte. A conexão entre os resistores R1 e R2 define a tensão de referência para o valor necessário. Por exemplo, se R1 e R2 têm os mesmos valores de resistência, a tensão de referência é a metade da tensão de alimentação (V / 2).

Um circuito amplificador construído usando este circuito de ponte termossonda pode atuar como um amplificador diferencial altamente sensível ou como um circuito de disparo Schmitt simples com uma função de comutação.

A inclusão de um termistor no circuito em ponte: R1, R2, R3 - resistores fixos comuns; Rт - termistor; A - microamperímetro do dispositivo de medição

Há um problema com o termistor (efeito de autoaquecimento). Nesses casos, a dissipação de energia I 2 R é alta o suficiente para gerar mais calor do que o invólucro do dispositivo pode dissipar. Consequentemente, esse calor “extra” afeta o valor resistivo, resultando em leituras falsas.

Uma maneira de se livrar do efeito de "autoaquecimento" e obter uma mudança mais precisa na resistência a partir da influência da temperatura (R / T) é fornecer o termistor de uma fonte de corrente constante.

Termistor como regulador de corrente de inrush

Os instrumentos são tradicionalmente usados ​​como transdutores resistivos sensíveis à temperatura. No entanto, a resistência do termistor muda não apenas sob a influência do ambiente, mas também são observadas mudanças na corrente elétrica que flui através do dispositivo. O efeito desse próprio "autoaquecimento".

Vários equipamentos elétricos com um componente indutivo:

• motores,
• transformadores,
• lâmpadas elétricas,
• de outros,

exposto a correntes de inrush excessivas quando ligado pela primeira vez. No entanto, se um termistor for conectado em série no circuito, a alta corrente inicial pode ser efetivamente limitada. Essa solução ajuda a aumentar a vida útil dos equipamentos elétricos.

Termistores de baixo RTC (a 25 ° C) são comumente usados ​​para regular a corrente de inrush. Os chamados limitadores de corrente (sobretensão) alteram a resistência para um valor muito baixo conforme a corrente de carga flui.

No momento da primeira ligação do equipamento, a corrente de partida passa por um termistor frio, cujo valor resistivo é grande o suficiente. Sob a influência da corrente de carga, o termistor se aquece, a resistência diminui lentamente. É assim que a corrente de carga é continuamente regulada.

Os termistores NTC são bastante eficazes em fornecer proteção contra altas correntes de inrush indesejadas. A vantagem aqui é que esse tipo de instrumento é capaz de lidar de forma eficiente com correntes de inrush mais altas do que os resistores padrão.

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A palavra "termistor" é autoexplicativa: RESISTOR TÉRMICO é um dispositivo cuja resistência muda com a temperatura.

Os termistores são em grande parte dispositivos não lineares e frequentemente têm grandes parâmetros de dispersão. É por isso que muitos engenheiros e projetistas de circuitos, mesmo experientes, experimentam inconvenientes ao trabalhar com esses dispositivos. No entanto, ao se familiarizar com esses dispositivos, pode-se ver que os termistores são bastante dispositivos simples.

Em primeiro lugar, deve-se dizer que nem todos os dispositivos que mudam a resistência com a temperatura são chamados de termistores. Por exemplo, termômetros de resistência, que são feitos de pequenas bobinas de arame trançado ou de filmes metálicos pulverizados. Embora seus parâmetros dependam da temperatura, eles não funcionam da mesma forma que os termistores. Normalmente, o termo "termistor" é aplicado a sensíveis à temperatura semicondutor dispositivos.

Existem duas classes principais de termistores: TCR negativo (coeficiente de resistência de temperatura) e TCR positivo.

Existem dois tipos fundamentalmente diferentes de termistores PTC disponíveis. Alguns são feitos como termistores NTC, enquanto outros são feitos de silício. Os termistores PTC serão brevemente descritos, com foco nos termistores NTC mais comuns. Assim, se não houver instruções especiais, falaremos sobre termistores com TCS negativo.

Os termistores NTC são dispositivos não lineares altamente sensíveis, de faixa estreita, cuja resistência diminui com o aumento da temperatura. A Figura 1 mostra uma curva que mostra a mudança na resistência em função da temperatura e é um típico dependência da resistência com a temperatura. A sensibilidade é de aproximadamente 4-5% / o C. Há uma ampla faixa de classificações de resistência, e a mudança na resistência pode atingir muitos ohms e até quilo-ohms por grau.

R R o

Figura 1 Os termistores NTC são muito sensíveis e têm

Os graus são não lineares. O valor aproximado pode ser em ohms, quilo-ohms ou mego-ohms:

Razão de resistência 1 R / R cerca de; 2- temperatura em о С

Os termistores são essencialmente cerâmicas semicondutoras. Eles são feitos com base em pós de óxidos de metal (geralmente óxidos de níquel e manganês), às vezes com um aditivo Pequena quantidade outros óxidos. Os óxidos em pó são misturados com água e vários ligantes para obter uma massa líquida, que tem a forma desejada e que é cozida em temperaturas acima de 1000 ° C.

Um revestimento de metal condutor (geralmente prata) é soldado e os condutores são conectados. O termistor acabado é geralmente revestido com epóxi ou vidro ou algum outro invólucro.

Da fig. 2, pode-se ver que existem muitos tipos de termistores.

Os termistores têm a forma de discos e arruelas com diâmetro de 2,5 a aproximadamente 25,5 mm, na forma de hastes de vários tamanhos.

Alguns termistores são feitos primeiro em grandes placas e depois cortados em quadrados. Termistores de esferas muito pequenos são feitos disparando diretamente uma gota de massa em dois fios de liga de titânio de alto ponto de fusão e, em seguida, mergulhando o termistor no vidro para obter um revestimento.

Parâmetros típicos

Não é totalmente correto dizer "parâmetros típicos", pois existem apenas alguns parâmetros típicos para termistores. Para muitos termistores tipos diferentes, tamanhos, formas, denominações e tolerâncias, há o mesmo um grande número de condições técnicas. Além disso, termistores de diferentes fabricantes geralmente não são intercambiáveis.

Você pode comprar termistores com resistências (a 25 o C - a temperatura na qual a resistência de um termistor é geralmente determinada) de um ohm a dez megaohms ou mais. A resistência depende do tamanho e da forma do termistor, no entanto, para cada tipo específico, as classificações de resistência podem diferir em 5-6 ordens de magnitude, o que é obtido simplesmente mudando a mistura de óxido. Ao mudar a mistura, a dependência da resistência com a temperatura (curva R-T) também muda e a estabilidade em altas temperaturas muda. Felizmente termistores com alta resistencia suficiente para uso em altas temperaturas também tendem a ser mais estáveis.

Termistores baratos geralmente têm tolerâncias de parâmetros bastante amplas. Por exemplo, valores permitidos as resistências a 25 о С variam na faixa de ± 20% a ± 5%. Em temperaturas mais altas ou mais baixas, a dispersão do parâmetro aumenta ainda mais. Para um termistor típico com uma sensibilidade de 4% por grau Celsius, as tolerâncias de temperatura medidas correspondentes variam de aproximadamente ± 5 ° a ± 1,25 ° C a 25 ° C. Termistores de alta precisão serão discutidos posteriormente neste artigo.

Foi dito anteriormente que os termistores são dispositivos de faixa estreita. Isso precisa ser esclarecido: a maioria dos termistores opera na faixa de -80 ° C a 150 ° C, e há dispositivos (geralmente revestidos de vidro) que operam a 400 ° C e temperaturas mais altas. No entanto, para fins práticos, a alta sensibilidade dos termistores limita sua faixa de temperatura útil. A resistência de um termistor típico pode variar 10.000 ou 20.000 vezes em temperaturas de -80 ° C a +150 ° C. Seria difícil projetar um circuito que fornecesse medições precisas em ambas as extremidades desta faixa (a menos que a mudança de faixa seja usada ) A resistência do termistor, nominal em zero graus, não excederá alguns ohms em

A maioria dos termistores usa solda para conectar os fios internamente. Obviamente, esse termistor não pode ser usado para medir temperaturas acima do ponto de fusão da solda. Mesmo sem soldagem, o revestimento epóxi dos termistores é mantido apenas em temperaturas abaixo de 200 ° C. Para temperaturas mais altas, termistores revestidos de vidro com fios soldados ou fundidos devem ser usados.

Os requisitos de estabilidade também limitam o uso de termistores em altas temperaturas. A estrutura dos termistores começa a mudar quando exposta a altas temperaturas, e a taxa e a natureza da mudança são amplamente determinadas pela mistura de óxidos e pelo método de fabricação do termistor. Algum desvio de termistores revestidos de epóxi começa em temperaturas acima de 100 ° C ou mais. Se esse termistor opera continuamente a 150 ° C, então a variação pode ser medida em vários graus por ano. Termistores de baixa resistência (por exemplo, não mais do que 1000 ohms a 25 ° C) são freqüentemente ainda piores - seu desvio pode ser notado ao operar a cerca de 70 ° C. E a 100 ° C eles se tornam não confiáveis.

Dispositivos baratos com grandes tolerâncias são fabricados com menos atenção aos detalhes e podem dar resultados ainda piores. Por outro lado, alguns termistores revestidos de vidro adequadamente projetados têm excelente estabilidade, mesmo em temperaturas mais altas. Os termistores de conta revestidos de vidro têm uma estabilidade muito boa, assim como os termistores de disco revestidos de vidro recentemente introduzidos. Deve-se lembrar que a deriva depende da temperatura e do tempo. Assim, por exemplo, geralmente é possível usar um termistor revestido de epóxi aquecendo brevemente até 150 ° C sem desvio significativo.

Ao usar termistores, o valor nominal deve ser levado em consideração. dissipação de energia constante... Por exemplo, um pequeno termistor revestido de epóxi tem uma constante de dissipação de um miliwatt por grau Celsius no ar parado. Em outras palavras, um miliwatt de potência em um termistor aumenta sua temperatura interna em um grau Celsius, dois miliwatts em dois graus e assim por diante. Se você aplicar uma voltagem de um volt a um termistor de um quilo-ohm com uma constante de dissipação de um miliwatt por grau Celsius, obterá um erro de medição de um grau Celsius. Os termistores dissipam mais potência se forem imersos em líquido. O mesmo pequeno termistor revestido de epóxi mencionado anteriormente dissipa 8 mW / o C enquanto em um óleo bem misturado. Termistores com tamanho grande tem uma dispersão constante melhor do que pequenos dispositivos... Por exemplo, um termistor em forma de disco ou lavadora pode dissipar potência de 20 ou 30 mW / o C. Deve ser lembrado que, assim como a resistência de um termistor muda com a temperatura, sua dissipação de potência também muda.

Equações do termistor

Não existe uma equação exata para descrever o comportamento de um termistor - existem apenas equações aproximadas. Considere duas equações aproximadas amplamente utilizadas.

A primeira equação aproximada, exponencial, é bastante satisfatória para faixas de temperatura especialmente ao usar termistores com baixa precisão.

Resistores semicondutores cuja resistência depende da temperatura são chamados de termistores. Têm a propriedade de um significativo coeficiente de resistência à temperatura, cujo valor é muitas vezes superior ao dos metais. Eles são amplamente utilizados na engenharia elétrica.

No diagramas elétricos termistores são designados:

Design e operação

Têm um design simples e estão disponíveis em vários tamanhos e formas.

Existem dois tipos de portadores de carga livre em semicondutores: elétrons e lacunas. A uma temperatura constante, esses portadores são formados aleatoriamente e desaparecem. O número médio de portadoras livres está em equilíbrio dinâmico, ou seja, inalterado.

Quando a temperatura muda, o equilíbrio é perturbado. Se a temperatura aumentar, o número de portadores de carga também aumentará e, conforme a temperatura diminuir, a concentração de portadores diminuirá. A resistividade de um semicondutor é influenciada pela temperatura.

Se a temperatura se aproxima do zero absoluto, o semicondutor tem a propriedade de um dielétrico. Quando fortemente aquecido, ele conduz a corrente de maneira ideal. A principal característica de um termistor é que sua resistência mais perceptível depende da temperatura na faixa de temperatura normal (-50 +100 graus).

Os termistores populares são fabricados na forma de uma haste semicondutora, que é coberta com esmalte. Eletrodos e tampas de contato são conectados a ele. Esses resistores são usados ​​em locais secos.

Alguns termistores são alojados em uma caixa de metal selada. Portanto, podem ser usados ​​em locais úmidos com ambiente agressivo.

O corpo é selado com estanho e vidro. As hastes semicondutoras são envolvidas em uma folha metalizada. Fio de níquel é usado para conectar a corrente. O valor da resistência nominal é 1-200 kOhm, a temperatura operacional é -100 +129 graus.

O princípio de operação de um termistor é baseado na propriedade de mudanças na resistência de temperatura. Metais puros são usados ​​para a fabricação: cobre e platina.

Configurações principais

• TCS- coeficiente de resistência térmica, é igual à mudança na resistência da seção do circuito quando a temperatura muda em 1 grau. Se o TCS for positivo, os termistores são chamados posistores(Termistores PTC)... E se o TCS for negativo, então termistores(Termistores NTC)... Nos posistores, com o aumento da temperatura, a resistência também aumenta, enquanto nos termistores tudo acontece ao contrário.
• Resistência nominal É o valor da resistência a 0 graus.
• Gama de trabalho... Os resistores são divididos em baixa temperatura (menos de 170 K), média temperatura (de 170 a 510 K) e alta temperatura (mais de 570 K).
• Poder dissipado ... Esta é a quantidade de energia dentro da qual o termistor durante a operação garante que parâmetros dados de acordo com as condições técnicas.

Tipos e características de termistores

Todos os sensores de temperatura na fabricação funcionam com base no princípio de converter a temperatura em um sinal de corrente elétrica que pode ser transmitido em alta velocidade por longas distâncias. Qualquer quantidade pode ser convertida em sinais elétricos, convertendo-os em um código digital. Eles são transmitidos com alta precisão e processados ​​por computadores.

Termistores de metal

Nenhum condutor de corrente pode ser usado como material para termistores, uma vez que alguns requisitos são impostos aos termistores. O material para sua fabricação deve ter um alto TCR, e a resistência deve depender da temperatura de acordo com um gráfico linear em uma ampla faixa de temperatura.

Além disso, um condutor metálico deve ser inerte às ações agressivas do ambiente externo e reproduzir com precisão as características, o que possibilita a troca de sensores sem ajustes e instrumentos de medição especiais.

O cobre e a platina são adequados para tais requisitos, além de seu alto custo. Os termistores baseados neles são chamados de platina e cobre. As termoresistências TSP (platina) operam em temperaturas de -260 a 1100 graus. Se a temperatura estiver na faixa de 0 a 650 graus, então tais sensores são usados ​​como amostras e padrões, já que neste intervalo a instabilidade não passa de 0,001 graus.

As desvantagens dos termistores de platina incluem conversão não linear e alto custo. Portanto, medições precisas de parâmetros são possíveis apenas na faixa de operação.

Amostras baratas de cobre de termistores TCM são amplamente utilizadas, nas quais a linearidade da dependência da resistência com a temperatura é muito mais alta. Sua desvantagem é a baixa resistividade e instabilidade a altas temperaturas, oxidação rápida. A este respeito, as termoresistências à base de cobre são de uso limitado, não mais do que 180 graus.

Para a montagem dos sensores de platina e cobre, uma linha de 2 fios é usada com uma distância de até 200 metros para o dispositivo. Se a distância for maior, então é usado em que o terceiro condutor serve para compensar a resistência dos fios.

Das desvantagens dos termistores de platina e cobre, pode-se notar sua baixa velocidade de operação. Sua inércia térmica atinge vários minutos. Existem termistores com baixa inércia, cujo tempo de resposta não é mais do que alguns décimos de segundo. Isso é conseguido pelo pequeno tamanho dos sensores. Essas resistências são produzidas a partir de um microfio em uma bainha de vidro. Esses sensores possuem baixa inércia, são hermeticamente selados e são altamente estáveis. Quando pequenos, apresentam resistência de vários kΩ.

Semicondutor

Essas resistências são chamadas de termistores. Se os compararmos com amostras de platina e cobre, então eles têm uma sensibilidade aumentada e um TCR de valor negativo. Isso significa que, conforme a temperatura aumenta, a resistência do resistor diminui. Os termistores têm muito mais TCS do que os sensores de platina e cobre. Com tamanhos pequenos, sua resistência chega a 1 megohm, o que não permite influenciar na medição da resistência dos condutores.

Para medições de temperatura, termistores baseados em semicondutores KMT, consistindo de óxidos de cobalto e manganês, bem como termistores MMT baseados em óxidos de cobre e manganês, tornaram-se muito populares. A dependência da resistência com a temperatura no gráfico tem boa linearidade na faixa de temperatura de -100 +200 graus. A confiabilidade dos termistores semicondutores é bastante alta, as propriedades têm estabilidade suficiente por um longo tempo.

Sua principal desvantagem é o fato de que durante a produção em massa de tais termistores é impossível garantir a precisão necessária de suas características. Portanto, um único resistor será diferente de outra amostra, como transistores, que do mesmo lote podem ter ganhos diferentes, é difícil encontrar duas amostras idênticas. Este momento negativo cria a necessidade personalização adicional equipamento ao substituir o termistor.

Para conectar termistores, geralmente é usado um circuito de ponte, no qual a ponte é balanceada com um potenciômetro. Quando a resistência do resistor muda devido ao efeito da temperatura, a ponte pode ser colocada em equilíbrio ajustando o potenciômetro.

Este método configuração manual usado em laboratórios de ensino para demonstrar o trabalho. O regulador do potenciômetro está equipado com uma escala graduada em graus. Na prática, em esquemas complexos medições, este ajuste ocorre em modo automático.

O uso de termistores

Existem dois modos de ação na operação dos sensores de temperatura. No primeiro modo, a temperatura do sensor é determinada apenas pela temperatura ambiente. A corrente que flui pelo resistor é pequena e não consegue aquecê-lo.

No modo 2, o termistor é aquecido pela corrente de fluxo e sua temperatura é determinada pelas condições de transferência de calor, por exemplo, a velocidade de sopro, densidade do gás, etc.

Nos diagramas termistores (NTS) e resistores (RTS) têm coeficientes de resistência negativos e positivos, respectivamente, e são denotados da seguinte forma:

Aplicações de termistor

• Medição de temperatura.
• Eletrodomésticos: freezers, secadores de cabelo, geladeiras, etc.
• Eletrônica automotiva: medição de anticongelante de refrigeração, óleo, controle de gases de escapamento, sistemas de frenagem, temperatura na cabine.
• Condicionadores de ar: distribuição de calor, controle de temperatura ambiente.
• Bloqueio de portas em dispositivos de aquecimento.
• Indústria eletrônica: estabilização da temperatura do laser e diodos, bem como dos enrolamentos de cobre das bobinas.
• V celulares para compensar o aquecimento.
• Limitar a corrente de partida de motores, lâmpadas de iluminação.
• Controle de enchimento de líquido.

O uso de posistores

• Proteção contra motores.
• Proteção contra refluxo de sobrecorrente.
• Para atrasar o tempo de ativação da troca de fontes de alimentação.
• Monitores de computador e tubos de imagem de TV para desmagnetizar e prevenir irregularidades de cor.
• Em acionadores de compressores de geladeira.
• Bloqueio térmico de transformadores e motores.
• Dispositivos de armazenamento de informações.
• Como aquecedores para carburadores.
• Em eletrodomésticos: fechando a porta máquina de lavar, em secadores de cabelo, etc.

Resistências térmicas de semicondutores. Termistores. Termistores. Princípio de operação e características

Os conceitos básicos de termistores semicondutores, seus tipos, especificações, um gráfico da dependência da resistência com a temperatura.

A dependência significativa da resistência dos semicondutores com a temperatura tornou possível projetar termistores sensíveis (termistores, termistores), que são resistências semicondutoras em massa com um grande coeficiente de resistência de temperatura. Dependendo da finalidade, os termistores são feitos de substâncias com diferentes valores de resistividade. Para a fabricação de termistores, podem ser usados ​​semicondutores com mecanismos eletrônicos e de condução de orifício e substâncias puras. Os principais parâmetros da substância termistor, que determinam sua qualidade, são: o valor do coeficiente de temperatura, estabilidade química e ponto de fusão.

A maioria dos tipos de termistores só funciona de forma confiável dentro de certas faixas de temperatura. Qualquer superaquecimento acima do normal tem um efeito prejudicial no termistor (resistência térmica) e às vezes pode até levar à sua morte.

Para proteger contra os efeitos nocivos do meio ambiente, e principalmente do oxigênio do ar, os termistores às vezes são colocados em um cilindro cheio de um gás inerte.

A construção do termistor é muito simples. Um pedaço de semicondutor tem a forma de um fio, barra, placa retangular, bola ou alguma outra forma. Em partes opostas do termistor, dois cabos são montados. O valor da resistência ôhmica de um termistor, via de regra, é visivelmente maior do que os valores das resistências de outros elementos do circuito e, o mais importante, depende nitidamente da temperatura. Portanto, quando a corrente flui no circuito, sua magnitude é determinada principalmente pela magnitude da resistência ôhmica do termistor ou, finalmente, por sua temperatura. Conforme a temperatura do termistor aumenta, a corrente no circuito aumenta e, inversamente, conforme a temperatura diminui, a corrente diminui.

O termostato pode ser aquecido pela transferência de calor do ambiente, pela geração de calor no próprio termistor quando uma corrente elétrica passa por ele ou, finalmente, por enrolamentos especiais de aquecimento. O método de aquecimento de um termistor está diretamente relacionado ao seu uso prático.

A resistência de um termistor com uma mudança na temperatura pode mudar em três ordens de magnitude, ou seja, 1000 vezes. Isso é típico de termistores feitos de materiais pouco condutores. No caso de substâncias altamente condutoras, a proporção está na faixa de dez.

Qualquer termistor possui inércia térmica, que em alguns casos desempenha um papel positivo, em outros praticamente não tem valor, ou afeta negativamente e limita a faixa de utilização dos termistores. A inércia térmica se manifesta no fato de que o termistor sendo aquecido não atinge imediatamente a temperatura do aquecedor, mas somente depois de um certo tempo. A característica da inércia térmica de um termistor pode ser a chamada constante de tempoτ ... A constante de tempo é numericamente igual à quantidade de tempo durante o qual o termistor, que estava anteriormente a 0 ° C, e depois transferido para um ambiente com temperatura de 100 ° C, vai diminuir sua resistência em 63%.

Para a maioria dos termistores semicondutores, a dependência da resistência com a temperatura não é linear (Fig. 1, A). A inércia térmica de um termistor pouco difere da inércia de um termômetro de mercúrio.

Durante a operação normal, os parâmetros dos termistores mudam pouco com o tempo e, portanto, sua vida útil é bastante longa e, dependendo da marca do termistor, flutua em um intervalo, cujo limite superior é calculado por vários anos.

Considere, por exemplo, brevemente três tipos de termistores (resistência térmica): MMT-1, MMT-4 e MMT-5.

A Figura 1 (B) mostra a estrutura básica e o projeto desses termistores. O termistor MMT-1 é revestido externamente com tinta esmalte e é projetado para funcionar em ambientes secos; os termistores MMT-4 e MMT-5 são montados em cápsulas de metal e selados. Portanto, não estão sujeitos aos efeitos nocivos do meio ambiente, são projetados para trabalhar em condições de qualquer umidade e podem até ser líquidos (não atuando sobre a caixa do termistor)

A resistência ôhmica dos termistores está na faixa de 1000 - 200000 ohms a uma temperatura de 20 ° C, e o coeficiente de temperaturaα cerca de 3% por 1 ° C. A Figura 2 mostra uma curva mostrando a variação percentual na resistência ôhmica de um termistor em função de sua temperatura. Neste gráfico, o valor inicial é considerado como resistência a 20 ° C.

Os tipos de termistores descritos são projetados para operar na faixa de temperatura de -100 a + 120 ° C. Seu superaquecimento é inaceitável.

As resistências térmicas (termistores, termistores) destes tipos são muito estáveis, isto é, mantêm a sua resistência "fria" praticamente inalterada, cujo valor é determinado a 20 ° C durante muito tempo. A alta estabilidade dos termistores tipo MMT determina sua longa vida útil, que, conforme indicado no passaporte, em seu funcionamento normal é praticamente ilimitada. Resistores térmicos (termistores, termistores) do tipo MMT têm boa resistência mecânica.

Nas figuras: o projeto de alguns termistores, a dependência característica da resistência do termistor com a temperatura.

Um termistor é um componente semicondutor com uma resistência elétrica dependente da temperatura. Inventado em 1930 pelo cientista Samuel Ruben, até hoje este componente encontra a mais ampla aplicação em tecnologia.

Os termistores são feitos de diversos materiais, que são bastante altos - são significativamente superiores às ligas metálicas e metais puros, ou seja, de semicondutores especiais e específicos.

Diretamente, o elemento resistivo principal é obtido por meio da metalurgia do pó, processando calcogenetos, halogenetos e óxidos de certos metais, dando-lhes diversos formatos, por exemplo, o formato de discos ou hastes de diversos tamanhos, arruelas grandes, tubos médios, placas finas , pequenas contas, que variam em tamanho de alguns mícrons a dezenas de milímetros ...

Pela natureza da correlação entre a resistência do elemento e sua temperatura, eles dividem termistores em dois grandes grupos - em posistores e termistores... Os posistores têm TCS positivo (por esse motivo, os posistores também são chamados de termistores PTC) e os termistores - negativos (são, portanto, chamados de termistores NTC).

Termistor - um resistor dependente da temperatura, feito de um material semicondutor com um coeficiente de temperatura negativo e alta sensibilidade, um posistor -um resistor dependente da temperatura com um coeficiente positivo.Assim, com um aumento na temperatura do corpo do posistor, sua resistência também aumenta, e com um aumento na temperatura do termistor, sua resistência diminui proporcionalmente.

Os materiais para termistores hoje são: misturas de óxidos policristalinos de metais de transição, como cobalto, manganês, cobre e níquel, compostos do tipo IIIIBV, bem como semicondutores vítreos dopados, como silício e germânio, e algumas outras substâncias. Dignos de nota são os posistores de solução sólida à base de titanato de bário.

Os termistores podem ser amplamente classificados em:

Classe de baixa temperatura (temperatura de operação abaixo de 170 K);

Classe de temperatura média (temperatura de operação de 170 K a 510 K);

Classe de alta temperatura (temperatura operacional de 570 K e acima);

Turma separada alta temperatura (temperatura operacional de 900 K a 1300 K).

Todos esses elementos, tanto termistores quanto posistores, podem operar sob várias condições climáticas externas e sob significativas cargas físicas externas e de corrente. No entanto, em modos termocíclicos severos, suas características termelétricas iniciais mudam com o tempo, como a resistência nominal à temperatura ambiente e o coeficiente de resistência à temperatura.

Existem também componentes combinados, por exemplo termistores com aquecimento indireto ... As caixas de tais dispositivos contêm o próprio termistor e um elemento de aquecimento isolado galvanicamente que define a temperatura inicial do termistor e, consequentemente, sua resistência elétrica inicial.

Esses dispositivos são usados ​​como resistores variáveis, controlados pela tensão aplicada ao elemento de aquecimento do termistor.

Dependendo de como o ponto operacional na característica I - V de um determinado componente é escolhido, o modo operacional do termistor no circuito também é determinado. E o próprio VAC está associado a características de design e com a temperatura aplicada ao corpo do componente.

Para controlar as variações de temperatura e para compensar a alteração dinâmica de parâmetros, como fluxo de corrente e tensão aplicada em circuitos elétricos que mudam após mudanças nas condições de temperatura, os termistores são usados ​​com um ponto operacional definido na seção linear da característica I - V.

Mas o ponto de operação é tradicionalmente definido na seção de queda da característica I - V (termistores NTC), se o termistor for usado, por exemplo, como um dispositivo de partida, um relé de tempo, em um sistema para rastrear e medir a intensidade de radiação de microondas, em sistemas de alarme de incêndio, em instalações de controle de fluxo de granéis sólidos e líquidos.

Mais popular hoje termistores e posistores de média temperatura com TCS de -2,4 a -8,4% por 1 K... Eles operam em uma ampla gama de resistências de ohms a megohms.

Existem posistores com um TCR relativamente baixo de 0,5% a 0,7% por 1 K, feitos à base de silício. Sua resistência muda quase linearmente. Esses posistores são amplamente usados ​​em sistemas de estabilização de temperatura e em sistemas de resfriamento ativo de chaves semicondutoras de potência em uma variedade de dispositivos eletrônicos modernos, especialmente em dispositivos potentes. Esses componentes se encaixam facilmente em circuitos e não ocupam muito espaço na placa.

Um posistor típico tem a forma de um disco de cerâmica, às vezes vários elementos são instalados em série em um caso, mas mais frequentemente - em uma única versão em um revestimento protetor de esmalte. Posistores são frequentemente usados ​​como fusíveis para proteger circuitos elétricos de sobretensão e corrente, bem como sensores de temperatura e elementos de auto-estabilização, devido à sua simplicidade e estabilidade física.

Os termistores são amplamente usados ​​em várias áreas da eletrônica, especialmente onde o controle preciso do processo de temperatura é importante. Isso é relevante para equipamentos de transmissão de dados, tecnologia de computador, CPU de alto desempenho e equipamentos industriais de alta precisão.

Um dos exemplos mais simples e populares de aplicações de termistor é efetivamente limitar a corrente de inrush. No momento em que a tensão é aplicada à fonte de alimentação da rede, ocorre uma capacidade significativa extremamente nítida e uma grande corrente de carga flui no circuito primário que pode queimar a ponte de diodo.

Essa corrente está aqui e é limitada pelo termistor, ou seja, esse componente do circuito muda sua resistência dependendo da corrente que passa por ele, pois, de acordo com a lei de Ohm, ele aquece. O termistor então restaura sua resistência original, após alguns minutos, assim que esfria até a temperatura ambiente.