Позистор принцип работы

Что такое термистор и позистор и где они применяются

Терморезистором называется полупроводниковый компонент с температурозависимым электрическим сопротивлением. Изобретенный в далеком 1930 году ученым Самюэлем Рубеном, по сей день данный компонент находит самое широкое применение в технике.

Изготавливают терморезисторы из различных материалов, температурный коэффициент сопротивления (ТКС) которых достаточно высок, — значительно превосходит металлические сплавы и чистые металлы, то есть именно из особых, специфичных полупроводников.

Непосредственно основной резистивный элемент получают посредством порошковой металлургии, обрабатывая халькогениды, галогениды и оксиды определенных металлов, придавая им различные формы, например форму дисков или стержней различных размеров, больших шайб, средних трубок, тонких пластинок, маленьких бусинок, размерами от единиц микрон до десятков миллиметров.

По характеру корреляции сопротивления элемента и его температуры, разделяют терморезисторы на две большие группы — на позисторы и термисторы . Позисторы обладают положительным ТКС (по этой причине позисторы еще называют PTC-термисторами), а термисторы — отрицательным (их называют поэтому NTC-термисторами).

Термистор — температурно-зависимый резистор, изготавливается из полупроводникового материала, имеющего отрицательный температурный коэффициент и высокую чувствительность, позистор — температурно-зависимый резистор, имеющий положительный коэффициент. Так, с возрастанием температуры корпуса позистора растет и его сопротивление, а с ростом температуры термистора — его сопротивление соответственно уменьшается.

Материалами для терморезисторов сегодня служат: смеси поликристаллических оксидов переходных металлов, таких как кобальт, марганец, медь и никель, соединений AIIIBV-типа, а также легированных, стеклообразных полупроводников, таких как кремний и германий, и некоторых других веществ. Примечательны позисторы из твердых растворов на базе титаната бария.

Терморезисторы в целом можно классифицировать на:

Низкотемпературного класса (рабочая температура ниже 170 К);

Среднетемпературного класса (рабочая температура от 170 К до 510 К);

Высокотемпературного класса (рабочая температура от 570 К и выше);

Отдельный класс высокотемпературных (рабочая температура от 900 К до 1300 К).

Все эти элементы, как термисторы, так и позисторы, могут работать при разнообразных климатических внешних условиях и при существенных физических внешних и токовых нагрузках. Однако в жестких термоцикличных режимах, со временем меняются их исходные термоэлектрические характеристики, как то номинальное сопротивление при комнатной температуре и температурный коэффициент сопротивления.

Встречаются и комбинированные компоненты, например терморезисторы с косвенным нагревом . В корпусах таких приборов размещены сам и терморезистор и гальванически изолированный нагревательный элемент, задающий исходную температуру терморезистора, и, соответствующим образом, его начальное электрическое сопротивление.

Данные приборы применяются в качестве переменных резисторов, управляемых напряжением, приложенным к нагревательному элементу терморезистора.

В зависимости от того, как выбрана рабочая точка на ВАХ конкретного компонента, определяется и режим работы терморезистора в схеме. А сама ВАХ связана с конструктивными особенностями и с приложенной к корпусу компонента температурой.

Для контроля за вариациями температур и с целью компенсации динамически меняющихся параметров, таких как протекающий ток и приложенное напряжение в электрических цепях, изменяющихся вслед за изменениями температурных условий, применяют терморезисторы с выставлением рабочей точки на линейном участке ВАХ.

Но рабочая точка выставляется традиционно на спадающем участке ВАХ (NTC-термисторы), если термистор применяется, например, в качестве пускового устройства, реле времени, в системе отслеживания и измерения интенсивности СВЧ-излучения, в системах пожарной сигнализации, термического контроля, в установках управления расходом сыпучих веществ и жидкостей.

Наиболее популярны сегодня среднетемпературные термисторы и позисторы с ТКС от -2,4 до -8,4 % на 1 К . Они работают в широком диапазоне сопротивлений от единиц Ом до единиц мегаом.

Встречаются позисторы с относительно малым ТКС от 0,5% до 0,7% на 1 К, изготовленные на базе кремния. Их сопротивление изменяется практически линейно. Подобные позисторы широко применяются в системах температурной стабилизации и в системах активного охлаждения силовых полупроводниковых ключей в разнообразных современных электронных приборах, особенно — в мощных. Эти компоненты легко вписываются в схемы и не занимают много места на платах.

Типичный позистор имеет форму керамического диска, иногда в одном корпусе устанавливаются последовательно несколько элементов, но чаще — в одиночном исполнении в защитном покрытии из эмали. Позисторы часто применяют в качестве предохранителей для защиты электрических схем от перегрузок по напряжению и току, а также в качестве термодатчиков и автостабилизирующих элементов, в силу их неприхотливости и физической устойчивости.

Термисторы широко применяются в многочисленных областях электроники, особенно там, где важен точный контроль за температурным процессом. Это актуально для аппаратуры передачи данных, компьютерной техники, высокопроизводительных ЦПУ и промышленного оборудования высокой точности.

Один из простейших и весьма популярных примеров применения термистора – эффективное ограничение пускового тока. В момент подачи напряжения к блоку питания от сети, происходит чрезвычайно резкий заряд конденсатора значительной емкости, и в первичной цепи протекает большой зарядный ток, способный сжечь диодный мост.

Этот ток здесь и ограничивается термистором, то есть данный компонент схемы изменяет свое сопротивление в зависимости от проходящего по нему тока, поскольку в соответствии с законом Ома происходит его нагрев. Термистор после этого восстанавливает свое исходное сопротивление, через несколько минут, как только остынет до комнатной температуры.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

8.2.1. Принцип действия позисторов

Позистор – это полупроводниковый терморезистор с положительным темпера­турным коэффициентом сопротивления.

В массовом производстве позисторы делают на основе кера­мики из титаната бария. Титанат бария BaTiO3 – диэлектрик с удельным сопротивлением при комнатной температуре 10 10 …10 12 Ом . см, что значительно превышает удельное сопротивление полупровод­ников. Если же в состав керамики из титаната бария ввести примеси редкоземельных элементов (лантана, церия или др.) либо других элементов (ниобия, тантала, сурьмы, висмута и т.п.), имеющих валентность, большую, чем у титана, и ионный радиус, близкий к радиусу иона титана, то это приведет к уменьшению удельного сопротивления до 10…10 2 Ом . см, что соответствует удельному сопротивлению полупроводниковых материалов.

Полупроводниковый титанат бария об­ладает аномальной температурной зависимостью удельного со­противления: в узком диапазоне температур при нагреве выше точки Кюри удельное сопротивление полупроводникового титаната бария увеличивается на несколько порядков.

Механизм электропроводности по­лупроводникового титаната бария при наличии примесей можно представить следующим образом. Примесь редко­земельного элемента (например, лан­тана) замещает в узле кристалличе­ской решетки барий. Часть атомов ти­тана, поддерживая электрическую нейтральность всего кристалла, захва­тывает лишние валентные электроны лантана, имеющего большую валент­ность, чем валентность бария. Захва­тываемые электроны, находясь в ква­зиустойчивом состоянии, легко переме­щаются под действием электрического поля и обусловливают электропроводность материала.

В полупроводниковом тита­нате бария существуют четырехвалентные и трехвалентные ионы титана. Между разновалентными ионами титана может происхо­дить обмен электронами. При этом каждый ион титана стано­вится то трех-, то четырехвалентным. Этот процесс является причиной электропроводности титаната бария.

Появление полупроводниковых свойств в ионных кристаллах под влиянием примесей наблюдается так­же и для оксида никеля. Полупро­водники, изготовляемые подобным методом, иногда называют полупро­водниками с управляемой валент­ностью.

Технология изготовления позисторов аналогична технологии изготовления изделий из других керамических материалов. После смешивания исходных компонен­тов и веществ, содержащих примесные элементы, проводят первич­ный обжиг этой смеси при температуре около 1000 °С. Полученную твердую массу измельчают, а затем формуют заготовки. Вторичный обжиг производят при тем­пературе 1300…1400 °С.

В результате, резистивный слой позистора состоит из большого числа контактирующих между

собой зерен или крис­таллитов полупроводникового титаната бария. Сопротивление позистора зависит от сопротивлений обедненных поверхностных слоев на зернах. Высота поверх­ностных потенциальных барьеров оказывается малой при темпе­ратурах ниже точки Кюри, когда в зернах существует спонтанная поляризация и материал обладает очень большой диэлектрической проницаемостью.

При температурах, больших точки Кюри, титанат бария претерпевает фазовое превращение из сегнетоэлектрического в параэлектрическое со­стояние. При этом пропадает спон­танная поляризация, резко умень­шается диэлектрическая проницае­мость, растет высота поверхностных потенциальных барьеров на зернах и увеличивается со­противление позистора (рис. 8.3).

Участок роста сопротивления зависит от точки Кюри керамики. Точка Кюри титаната ба­рия может быть смещена в сторону низких температур путем частичного замещения бария стронцием. И на­оборот, точка Кюри может быть сме­щена в сторону больших температур частичной заменой бария свинцом.

Уменьшает точку Кюри и частичная замена титана цирконием, оловом или самарием. Такое регулирование позволяет создавать позисторы, у которых положительный температурный коэффи­циент сопротивления наблюдается в разных диапазонах темпе­ратур.

Иногда для создания позисторов используют монокристаллические кремний, германий и другие полупроводниковые материалы. Принцип действия таких позисторов основан на уменьшении подвижности носителей заряда с увеличением температуры

Позистор принцип работы

ПОЗИСТОР

Как известно, терморезистор (см. РАДИОкомпоненты —> Терморезистор) – это полупроводниковый элемент, электрическое сопротивление которого зависит от температуры.

Считается, что терморезистор изобрёл американскийучёный —>
Самюэл Рубен в 1930 году.

Несмотря на 90 лет, прошедшие с тех пор, данные компоненты и сейчас находят широкое применение в радиоэлектронике.

Терморезисторы изготавливают из различных материалов, температурный коэффициент сопротивления (ТКС) которых достаточно высок.

ТКС – это физическая величина, равная относительному изменению электрического сопротивления участка цепи (или удельного сопротивления вещества) при изменении температуры на единицу:

ТКС характеризует зависимость электрического сопротивления от температуры и измеряется в системе «СИ» в Кельвинах в минус первой степени.

Термисторы , о которых рассказывалось ранее (см. РАДИОкомпоненты —> Терморезистор), имеют, в основном, отрицательный ТКС.
Это значит, что с ростом температуры их сопротивление уменьшается. На корпусе термисторов можно увидеть буковки «NTC» –NEGATIVE Temperature Coefficient:

На схемах термисторы обозначают, например, так:

Позисторы получили своё название от того, что ТКС у них положительный – позитивный, и их сопротивление с ростом температуры возрастает. На корпусе некоторых позисторов можно увидеть буковки «РTC» – POSITIVE Temperature Coefficient:

Кстати, именно поэтому позисторы называют ещё «РТС-термисторами». Однако же, имеются позисторы и без таких буковок:

Обозначение позистора на схемах может быть:

Ради справедливости следует отметить, что далеко не всегда на схеме вы увидите показанные обозначения. Тогда уже сами разбирайтесь, что там — термистор или позистор, например:

Графики зависимости спротивленияот температуры:

Собственно резистивный элемент получают посредством порошковой металлургии, обрабатывая халькогениды, галогениды и оксиды определенных металлов, придавая им различные формы, например, дисков или стержней различных размеров, больших шайб, средних трубок, тонких пластинок, маленьких бусинок, размерами от единиц микрон до десятков миллиметров.

В массовом производстве позисторы делают на основе керамики из титаната бария. Титанат бария – диэлектрик с удельным сопротивлением при комнатной температуре , что значительно превышает удельное сопротивление полупроводников. Если же в состав керамики из титаната бария ввести примеси редкоземельных элементов (лантана, церия или др.), либо других элементов (ниобия, тантала, сурьмы, висмута и т.п.), имеющих валентность, большую, чем у титана, и ионный радиус, близкий к радиусу иона титана, то это приведет к уменьшению удельного сопротивления дo , что соответствует удельному сопротивлению полупроводниковых материалов.

Наиболее популярны сегодня среднетемпературные позисторы (и термисторы) с ТКС от -2,4 до -8,4 % на 1 К. Они работают в широком диапазоне сопротивлений от единиц Ом до единиц мегаОм.

Встречаются позисторы с относительно малым ТКС от 0,5% до 0,7% на 1 К, изготовленные на базе кремния. Их сопротивление изменяется практически линейно. Подобные позисторы широко применяются в системах температурной стабилизации и в системах активного охлаждения силовых полупроводниковых ключей в разнообразных современных электронных приборах, особенно в мощных. Эти компоненты легко вписываются в схемы и не занимают много места на платах.

Позисторы используются, например, в цепи размагничивания кинескопа (электронно-лучевой трубки – ЭЛТ), а точнее – его маски. Участок схемы с позистором и катушкой разагничивания показан выше. Из-за влияния магнитного поля Земли, непредвиденных отключений/включений электрической сети, каких-то других внешних магнитных полей маска намагничивается, и цветопередача на экране кинескопа искажается, появляются пятна:

В исправных телевизорах при включении размагничивание (точнее – перемагнмчивание) происходит автоматически, хотя можно задать эту команду и из меню.
Когда телевизор включается, из-за невысокого сопротивления позистора в холодном состоянии, по петле размагничивания проходит импульс тока и, соответственно, возникает импульс магнитного поля, который размагничивает маску кинескопа. Затем позистор нагревается, его сопротивление резко возрастает, и ток в петле значительно уменьшается. На плате телевизора позистор и термистор находятся, обычно, рядом среди элементов блока питания:

В некоторых случаях выход из строя именно позистора приводит к тому, что телевизор или монитор не включается. Значит, надо заменить позистор. Следует отметить, что информация о CRT-телевизорах и мониторах уже неактуальна, потому как они канули в прошлое…

SEkorp, 14 сентябрь 2019

Небольшое дополнение от 30 сентября 2019.
Прсматиривая РАДИОбиблиотеку, я обнаружил в журнале РАДИО №3 за 1971 год, стр. 55

СПРАВОЧНЫЙ ЛИСТОК, в котором шла речь о позисторах. Отечественных, конечно.
Но дело не в этом. Меня несколько удивило другое. Когда я просматривал информацию о позисторах на различных сайтах, то увидел на некоторых из них текст 1:1 списанный из этого древнего СПРАВОЧНОГО ЛИСТКА! Такие вот дела. Привожу цитату из оригинала, а желающие могут сами легко найти электронную версию журнала, например, на сайте Портала для радиолюбителей

Ну, а теперь — все БРЫСЬ. Моя очередь работать за КОМПОМ!

Как проверить позистор мультиметром?

Неприхотливость и относительная физическая устойчивость позисторов позволяет их использовать в роли датчика для автостабилизирующихся систем, а также реализовать защиту от перегрузки. Принцип работы этих элементов заключается в том, что их сопротивление увеличивается при нагреве (в отличие от термисторов, где оно уменьшается). Соответственно, при проверке тестером или мультиметром позисторов на работоспособность, необходимо учитывать температурную корреляцию.

Различные виды позисторов и их графическое изображение в принципиальных схемах

Определяем характеристики по маркировке

Широкая сфера применения РТС-термисторов подразумевает их обширный ассортимент, поскольку характеристики этих устройств должны соответствовать различным условиям эксплуатации. В связи с этим для тестирования очень важно определить серию элемента, в этом нам поможет маркировка.

Для примера возьмем радиокомпонент С831, его фотография показана ниже. Посмотрим, что можно определить по надписям на корпусе детали.

Позистор С831

Учитывая надпись «РТС», можно констатировать, что данный элемент является позистором «С831». Сформировав запрос в поисковике (например, «РТС С831 datasheet»), находим спецификацию (даташит). Из нее мы узнаем наименование (B59831-C135-A70) и серию (B598*1) детали, а также основные параметры (см. рис. 3) и назначение. Последнее указывает, что элемент может играть роль самовосстанавливающегося предохранителя, защищающего схему от КЗ (short-circuit protection) и перегрузки (overcurrent).

Расшифровка основных характеристик

Кратко рассмотрим, данные приведенные в таблице на рисунке 3 (для удобства строки пронумерованы).

Рисунок 3. Таблица с основными характеристиками серии B598*1

Краткое описание:

  1. значение, характеризующее максимальный уровень рабочего напряжения при нагреве устройства до 60°С, в данном случае он соответствует 265 В. Учитывая, что нет определения DC/AC, можно констатировать, что элемент работает как с переменным, так и постоянным напряжением.
  2. Номинальный уровень, то есть напряжение в штатном режиме работы – 230 вольт.
  3. Расчетное число гарантированных производителем циклов срабатывания элемента, в нашем случае их 100.
  4. Значение, описывающее величину опорной температуры, после достижения которой происходит существенное увеличение уровня сопротивления. Для наглядности приведем график (см. рис. 4) температурной корреляции.

Рис. 4. Зависимость сопротивления от температуры, красным выделена точка температурного перехода (опорная температура) для С831

Как видно на графике, R резко возрастает в диапазоне от 130°С до 170°С, соответственно, опорной температурой будет 130°C.

  1. Соответствие номинальному значению R (то есть допуск), указывается в процентном соотношении, а именно 25%.
  2. Диапазон рабочей температуры для минимального (от -40°С до 125°С) и максимального (0-60°С) напряжения.

Расшифровка спецификации конкретной модели

Это были основные параметры серии, теперь рассмотрим спецификацию для С831 (см. рис. 5).

Спецификация модельного ряда серии B598*1

Краткая расшифровка:

  1. Величина тока для штатного режима работы, для нашей детали это почти половина ампера, а именно 470 мА (0,47 А).
  2. Этот параметр указывает ток, при котором величина сопротивления начинает существенно меняться в большую сторону. То есть, когда через С831 протекает ток с силой 970 мА, срабатывает «защита» устройства. Следует заметить, что этот параметр связан с точкой температурного перехода, поскольку проходящий ток приводит к разогреву элемента.
  3. Максимально допустимая величина тока для перехода в «защитный» режим, для С831 это 7 А. Обратите внимание, что в графе указано максимальное напряжение, следовательно, можно рассчитать допустимую величину мощности рассеивания, превышение которой с большой вероятностью приведет к разрушению детали.
  4. Время срабатывания, для С831 при напряжении 265 вольт и токе 7 ампер оно составит менее 8 секунд.
  5. Величина остаточного тока, необходимого для поддерживания защитного режима рассматриваемой радиодетали, она 0,02 А. Из этого следует, что на удержание сработавшего состояния требуется мощность 5,3 Вт (Ir x Vmax).
  6. Сопротивление устройства при температуре 25°С (3,7 Ом для нашей модели). Отметим, с измерения мультиметром этого параметра начинается проверка позистора на исправность.
  7. Величина минимального сопротивления, у модели С831 это 2,6 Ом. Для полноты картины, еще раз приведем график температурной зависимости, где будут отмечены номинальное и минимальное значение R (см. рис. 6).

Рисунок 6. График температурной корреляции для B59831, значения RN и Rmin отмечены красным

Обратите внимание, что на начальном этапе нагрева радиодетали ее параметр R незначительно уменьшается, то есть в определенном диапазоне температур у нашей модели начинают проявляться NTS свойства. Эта особенность, в той или иной мере, характерна для всех позисторов.

  1. Полное наименование модели (у нас B59831-C135-A70), данная информация может быть полезной для поиска аналогов.

Теперь, зная спецификацию, можно переходить к проверке на работоспособность.

Определение исправности по внешнему виду

В отличие от других радиодеталей (например, таких как транзистор или диод), вышедший из строя РТС-резистор часто можно определить по внешнему виду. Это связано с тем, что вследствие превышения допустимой мощности рассеивания нарушается целостность корпуса. Обнаружив на плате позистор с таким отклонением от нормы, можно смело выпаивать его и начинать поиск замены, не утруждая себя процедурой проверки мультиметром.

Если внешний осмотр не дал результата, приступаем к тестированию.

Пошаговая инструкция проверки позистора мультиметром

Для процесса тестирования, помимо измерительного прибора, потребуется паяльник. Подготовив все необходимое, начинаем действовать в следующем порядке:

  1. Подключаем тестируемую деталь к мультиметру. Желательно, чтобы прибор был оснащен «крокодилами», в противном случае припаиваем к выводам элемента проволоку и накручиваем ее на разные иглы щупов.
  2. Включаем режим измерения наименьшего сопротивления (200 Ом). Прибор покажет номинальную величину R, характерную для тестируемой модели (как правило, менее одного-двух десятков Ом). Если показание отличается от спецификации (с учетом погрешности), можно констатировать неисправность радиокомпонента.
  3. Аккуратно нагреваем корпус тестируемой детали при помощи паяльника, величина R начнет резко увеличиваться. Если она осталась неизменной, элемент необходимо менять.
  4. Отключаем мультиметр от тестируемой детали, даем ей остыть, после чего повторяем действия, описанные в пунктах 1 и 2. Если сопротивление вернулось к номинальному значению, то радиокомпонент с большой долей вероятности можно признать исправным.

Терморезисторы

Обозначение на схеме, разновидности, применение

В электронике всегда приходится что-то измерять или оценивать. Например, температуру. С этой задачей успешно справляются терморезисторы – электронные компоненты на основе полупроводников, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры.

Здесь я не буду расписывать теорию физических процессов, которые происходят в терморезисторах, а перейду ближе к практике – познакомлю читателя с обозначением терморезистора на схеме, его внешним видом, некоторыми разновидностями и их особенностями.

На принципиальных схемах терморезистор обозначается вот так.

В зависимости от сферы применения и типа терморезистора обозначение его на схеме может быть с небольшими отличиями. Но вы всегда его определите по характерной надписи t или t° .

Основная характеристика терморезистора – это его ТКС. ТКС – это температурный коэффициент сопротивления. Он показывает, на какую величину изменяется сопротивление терморезистора при изменении температуры на 1°С (1 градус Цельсия) или 1 градус по Кельвину.

У терморезисторов несколько важных параметров. Приводить я их не буду, это отдельный рассказ.

На фото показан терморезистор ММТ-4В (4,7 кОм). Если подключить его к мультиметру и нагреть, например, термофеном или жалом паяльника, то можно убедиться в том, что с ростом температуры его сопротивление падает.

Терморезисторы есть практически везде. Порой удивляешься тому, что раньше их не замечал, не обращал внимания. Давайте взглянем на плату от зарядного устройства ИКАР-506 и попробуем найти их.

Вот первый терморезистор. Так как он в корпусе SMD и имеет малые размеры, то запаян на небольшую плату и установлен на алюминиевый радиатор – контролирует температуру ключевых транзисторов.

Второй. Это так называемый NTC-термистор (JNR10S080L). О таких я ещё расскажу. Служит он для ограничения пускового тока. Забавно. Вроде терморезистор, а служит в качестве защитного элемента.

Почему то если заходит речь о терморезисторах, то обычно думают, что они служат для измерения и контроля температуры. Оказывается, они нашли применение и как устройства защиты.

Также терморезисторы устанавливаются в автомобильные усилители. Вот терморезистор в усилителе Supra SBD-A4240. Здесь он задействован в цепи защиты усилителя от перегрева.

Вот ещё пример. Это литий-ионный аккумулятор DCB-145 от шуруповёрта DeWalt. Вернее, его «потроха». Для контроля температуры аккумуляторных ячеек применён измерительный терморезистор.

Его почти не видно. Он залит силиконовым герметиком. Когда аккумулятор собран, то этот терморезистор плотно прилегает к одной из Li-ion ячеек аккумулятора.

Прямой и косвенный нагрев.

По способу нагрева терморезисторы делят на две группы:

Прямой нагрев. Это когда терморезистор нагревается внешним окружающим воздухом или током, который протекает непосредственно через сам терморезистор. Терморезисторы с прямым нагревом, как правило, используются либо для измерения температуры, либо температурной компенсации. Такие терморезисторы можно встретить в термометрах, термостатах, зарядных устройствах (например, для Li-ion батарей шуруповёртов).

Косвенный нагрев. Это когда терморезистор нагревается рядом расположенным нагревательным элементом. При этом он сам и нагревательный элемент электрически не связаны друг с другом. В таком случае, сопротивление терморезистора определяется функцией тока, протекающего через нагревательный элемент, а не через терморезистор. Терморезисторы с косвенным нагревом являются комбинированными приборами.

NTC-термисторы и позисторы.

По зависимости изменения сопротивления от температуры терморезисторы делят на два типа:

PTC-термисторы (они же позисторы).

Давайте разберёмся, какая между ними разница.

NTC-термисторы.

Своё название NTC-термисторы получили от сокращения NTC – Negative Temperature Coefficient, или «Отрицательный Коэффициент Сопротивления». Особенность данных термисторов в том, что при нагреве их сопротивление уменьшается. Кстати, вот так обозначается NTC-термистор на схеме.


Обозначение термистора на схеме

Как видим, стрелки на обозначении разнонаправлены, что указывает на основное свойство NTC-термистора: температура увеличивается (стрелка вверх), сопротивление падает (стрелка вниз). И наоборот.

На практике встретить NTC-термистор можно в любом импульсном блоке питания. Например, такой термистор можно обнаружить в блоке питания компьютера. Мы уже видели NTC-термистор на плате ИКАР’а, только там он был серо-зелёного цвета.

На этом фото NTC-термистор фирмы EPCOS. Применяется для ограничения пускового тока.

Для NTC-термисторов, как правило, указывается его сопротивление при 25°С (для данного термистора это 8 Ом) и максимальный рабочий ток. Обычно это несколько ампер.

Данный NTC-термистор устанавливается последовательно, на входе сетевого напряжения 220V. Взгляните на схему.

Так как он включен последовательно с нагрузкой, то весь потребляемый ток протекает через него. NTC-термистор ограничивает пусковой ток, который возникает из-за заряда электролитических конденсаторов (на схеме С1). Бросок зарядного тока может привести к пробою диодов в выпрямителе (диодный мост на VD1 — VD4).

При каждом включении блока питания конденсатор начинает заряжаться, а через NTC-термистор начинает протекать ток. Сопротивление NTC-термистора при этом велико, так как он ещё не успел нагреться. Протекая через NTC-термистор, ток разогревает его. После этого сопротивление термистора уменьшается, и он практически не препятствует протеканию тока, потребляемого прибором. Таким образом, за счёт NTC-термистора удаётся обеспечить «плавный запуск» электроприбора и уберечь от пробоя диоды выпрямителя.

Понятно, что пока импульсный блок питания включен, NTC-термистор находится в «подогретом» состоянии.

Если в схеме происходит выход из строя каких-либо элементов, то, обычно резко возрастает и потребляемый ток. При этом нередки случаи, когда NTC-термистор служит своего рода дополнительным предохранителем и также выходят из строя из-за превышения максимального рабочего тока.

Далее на фото наглядный пример – сгоревший NTC-термистор 5D-11, который был установлен в зарядном устройстве ИКАР-506. Он ограничивал пусковой ток при включении.

Выход из строя ключевых транзисторов в блоке питания зарядного устройства привел к превышению максимального рабочего тока этого термистора (max 4A) и он сгорел.

Позисторы. PTC-термисторы.

Термисторы, сопротивление которых при нагреве растёт, называют позисторами. Они же PTC-термисторы (PTC — Positive Temperature Coefficient, «Положительный Коэффициент Сопротивления»).

Стоит отметить, что позисторы получили менее широкое распространение, чем NTC-термисторы.

Условное обозначение позистора на схеме.

Позисторы легко обнаружить на плате любого цветного CRT-телевизора (с кинескопом). Там он установлен в цепи размагничивания. В природе встречаются как двухвыводные позисторы, так и трёхвыводные.

На фото представитель двухвыводного позистора, который применяется в цепи размагничивания кинескопа.

Внутри корпуса между выводами-пружинами установлено рабочее тело позистора. По сути это и есть сам позистор. Внешне выглядит как таблетка с напылением контактного слоя по бокам.

Как я уже говорил, позисторы используются для размагничивания кинескопа, а точнее его маски. Из-за магнитного поля Земли или влияния внешних магнитов маска намагничивается, и цветное изображение на экране кинескопа искажается, появляются пятна.

Наверное, каждый помнит характерный звук «бдзынь», когда включается телевизор — это и есть тот момент, когда работает петля размагничивания.

Кроме двухвыводных позисторов широко применяются трёхвыводные позисторы. Вот такие.

Далее на фото трёхвыводный позистор СТ-15-3.

Отличие их от двухвыводных заключается в том, что они состоят из двух позисторов-«таблеток», которые установлены в одном корпусе. На вид эти «таблетки» абсолютно одинаковые. Но это не так. Кроме того, что одна таблетка чуть меньше другой, так ещё и сопротивление их в холодном состоянии (при комнатной температуре) разное. У одной таблетки сопротивление около 1,3

3,6 кОм, а у другой всего лишь 18

Трёхвыводные позисторы также применяются в цепи размагничивания кинескопа, как и двухвыводные, но только схема их включения немного иная. Если вдруг позистор выходит из строя, а такое бывает довольно часто, то на экране телевизора появляются пятна с неестественным отображением цвета.

Более детально о применении позисторов в цепи размагничивания кинескопов я уже рассказывал здесь.

Так же, как и NTC-термисторы, позисторы используются в качестве устройств защиты. Одна из разновидностей позистора — это самовосстанавливающийся предохранитель.

SMD-терморезисторы.

С активным внедрением SMT-монтажа, производители стали выпускать миниатюрные терморезисторы, адаптированные и под него. Размеры их корпуса, как правило, соответствуют стандартным типоразмерам (0402, 0603, 0805, 1206), которые имеют чип резисторы и конденсаторы. Маркировка на них не наносится, что затрудняет их идентификацию. По внешнему виду SMD-терморезисторы очень похожи на керамические SMD-конденсаторы.

Встроенные терморезисторы.

В электронике активно применяются и встроенные терморезисторы. Если у вас паяльная станция с контролем температуры жала, то в нагревательный элемент встроен тонкоплёночный терморезистор. Также терморезисторы встраиваются и в фен термовоздушных паяльных станций, но там он является отдельным элементом.

Стоит отметить, что в электронике наряду с терморезисторами активно применяются термопредохранители и термореле (например, типа KSD), которые также легко обнаружить в электронных приборах.

Теперь, когда мы познакомились с терморезисторами, пора узнать об их параметрах.

Энциклопедия электроники

Терморезистор (термометр сопротивления, thermistor) – элемент, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры.

Условно графическое обозначение (УГО)

Внешний вид терморезисторов определяется согласно ГОСТ 2.728-74 «ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Резисторы, конденсаторы». Размеры прямоугольника такие же как и у постоянного резистора.

Классификация

По характеру изменения сопротивления при изменении температуры терморезисторы делятся на две группы:

  • Термистор (Thermistor NTC), терморезистор с отрицательным ТКС – сопротивление уменьшается при нагреве;
  • Позистор (Thermistor PTC), терморезистор с положительным ТКС – сопротивление увеличивается при нагреве.

По способу подогрева терморезисторы делятся на две группы:

  • прямого подогрева – сопротивление которого изменяется при прохождении непосредственно через ЧЭ;
  • косвенного подогрева – сопротивление изменяется при прохождении тока через специальный подогреватель, расположенный в непосредственной близости от ЧЭ.

Принципиальное отличие терморезистора косвенного подогрева от прямого – гальваническая изоляция цепи нагрева от измерительной цепи.

Конструкция и принцип действия

Принцип действия терморезисторов основан на изменении сопротивления в зависимости от температуры.

Для создания темрорезисторов применяются полупроводниковые материалы с высокой зависимостью сопротивления от температуры.

Термисторы в основном выполняют из смеси окислов переходных металлов, способных изменять в соединениях свою валентность. Для термисторов применяются оксиды металлов:

  • оксид кобальта (Co3O4)
  • оксид никеля (NiO);
  • оксид магния (MgO);
  • диоксид титана (TiO2),
  • оксид марганца (Mn3O4);
  • оксид меди (CuO);
  • оксид ванадия (V2O5);
  • оксид железа (Fe2O3).

Например, советские терморезисторы ММТ-1, ММТ-4 созданы на основе окислов CuO – Mn3O4.

Для позисторов применяются оксиды бария и стронция. Например, советсвие позисторы СТ6 созданы на основе титаната бария (BaTiO3).

Электрические свойства терморезисторов определяются множеством параметров: соотношение исходных материалов, структура материала, расположение и валентность катионов в кристаллической решетке и других. Производство терморезисторов происходит в следующей последовательности:

  • смесь окислов металлов смешивают и прессуют для придания формы (диска, цилиндра и т.д.);
  • заготовки подвергают обжигу в печи (время нахождения в печи – несколько часов при температуре около 1400 °C);
  • прикрепляют контактные выводы к заготовкам;
  • термочувствительный элемент терморезисторов покрывают лаком или помещают в герметичную оболочку.

У терморезисторов зависимость выходного сопротивления от температуры нелинейная. Реальный график зависимости сопротивления от температуры показан на рисунке.

Для применения терморезисторов производители приводят таблицу значений «отношение сопротивлений – температура». Под отношением сопротивлений принимается отношение текущего сопротивления к номинальному (при температуре 25 °С), так как номенклатура номинальных сопротивлений большая и не стандартизирована.

Для термисторов производители так же приводят коэффициенты для уравнения Стейнхарта — Харта (Steinhart-Hart):

, где:

В формуле используется четыре коэффициента A, B, C, D. Обычно в расчетах коэффициент C равен нулю и производители указывают только три коэффициента.

Практически можно пользоваться упрощенной формулой:

Вольт амперная характеристика (ВАХ) термистора и позистора показана на рисунке. Вид ВАХ зависит от многих параметров, таких как: материал резистора, конструкции, габаритов, температуры и т.д. Нелинейность ВАХ объясняется нагревом терморезистора за счет проходящего через него тока.

Основные параметры терморезисторов

Номинальное сопротивление – сопротивление терморезистора при температуре 25 °C (редко при 20 °C). В отличие от постоянных резисторов номинальное значения не берется из стандартизованного ряда.

Точность (tolerance) – допустимое отклонение он номинального сопротивления при температуре 25 °C.Допустимое отклонение современных терморезисторов составляет ±1%…±20 % (типовые значения ±10 % и ±20 %).

Максимальная мощность рассеяния – максимальная мощность, которую может непрерывно рассеивать терморезистор без изменения эксплуатационных характеристик. Единица измерения — Вт.

Коэффициент рассеяния (Dissipation factor) – мощность, рассеиваемая на терморезисторе, при которой температура элемента повышается на 1 °C по отношению к температуре окружающей среды. Единица измерения — мВт/К.

Постоянная времени τ (Thermal time constant) – время, за которое собственная температура терморезистора изменится на 63,2% от разницы между начальной и конечной температурой при скачкообразном измерении температуры (например, при переносе терморезистора в помещение с другой температурой). Единица измерения с.

Коэффициенты A, B, C, D – коэффициенты зависимости сопротивления от температуры (более подробно про зависимость указано ранее).

Маркировка терморезисторов

Стандартов на маркировку терморезисторов не существует. Каждый производитель самостоятельно определяет каким образом маркировать терморезисторы.

Серии терморезисторов

Отечественной промышленностью выпускались следующие серии терморезисторов прямого подогрева.

  • СТ1 – термисторы медно-марганцевые (ранее — ММТ);
  • СТ2 – термисторы кобальто-марганцевые (ранее — КМТ);
  • СТ3 – термисторы медно-кобальто-марганцевые;
  • СТ4 – термисторы никель-кобальто-марганцевые;
  • СТ5 – позисторы на основе титана бария, легированного германием;
  • СТ6 – позисторы на основе титаната бария (BaTiO3);
  • СТ8 – термисторы на основе полутораокиси ванадия и ряда поликрсталлических твердых растворов в системах V2O3-Me2O3 (Me=Ti; Al, Cr);
  • СТ9 – термисторы на основе двуокиси ванадия VO2;
  • СТ10 – Позисторы на основе системы (Ba, Sr)TiO3;
  • СТ11 – Позисторы на основе системы (Ba, Sr)(Ti, Sn)O3 легированной цернем.

Типоразмеры терморезисторов

Терморезисторы выпускаются различного исполнения:

  • цилиндрические и дисковые с выводами для установки в отверстия платы;
  • поверхностного монтажа на плату(типоразмера SMD, MILF);
  • резьбового крепления;
  • дисковые.

Применение терморезисторов

Назначение терморезисторов в схемах можно условно поделить на два типа: измерение температуры и использование в качестве нелинейного элемента.

Благодаря малым размерам и низкой стоимости терморезисторы применяются повсеместно в сложных устройствах для контроля температуры: мобильные телефоны, компьютерная техника и т.д.

Широкое применение позисторы нашли в промышленности для защиты асинхронных электродвигателей от перегрева обмоток. В аварийных режимах работы (недостаточное охлаждение, заклинивание ротора и прочие) обмотка может сильно нагреваться, в результате чего происходит разрушение изоляционного слоя обмотки с последующим замыканием обмотки.

Для защиты от перегорания в каждую обмотку укладывают позистор. Позисторы соединяют последовательно между собой.

Для измерения температуры и отключения электродвигателя применяют специализированные приборы термисторные реле. Принцип действия этих реле основан на постоянном измерении сопротивления позисторов. При превышении заданного порога контакты реле переключаются и отключают электродвигатель. На рисунке показано подключение электродвигателя: силовые выводы U, V, W; вывод термосопротивления: T1, T2.

Большое распространение термисторы нашли во входной цепи импульсных блоков питания. При включении блока питания в сеть начинается заряд конденсаторов. В этот момент может протекать значительный ток на входе. Для ограничения тока во входную цепь устанавливают термистор TR1. При прохождении тока термистор постепенно нагревается, его сопротивление падает и соответственно снижается потеря напряжения на нем.

Для мощных устройств (например, 2 кВт) параллельно термистору устанавливают контакт реле. После запуска на катушку реле поступает питание и его контакты шунтируют термистор для снижения потерь при работе устройства.

Позисторы применяются в телевизорах с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ). Со временем кинескоп начинает намагничиваться, из-за этого на экране кинескопа появляются цветные пятна. Для размагничивания кинескопа сзади него проложена петля размагничивания. Петля включается в цепь питания телевизора после позистора. По мере нагрева позистора его сопротивление увеличивается и ток по петле уменьшается до приемлемых значений. Для поддержания позистора в нагретом состоянии применяют сдвоенные позисторы в одном корпусе. Позистор, включенный последовательно с петлей снижает ток после размагничивания, позистор включенный параллельно петле поддерживает нагрев, когда телевизор работает. Стоит отметить особенность данной схемы: размагничивание происходит только в момент включения телевизора кнопкой на телевизоре. Если все время выключатель телевизор с пульта, то размагничивание происходить не будет.

Позисторы применяются в цепи запуска бытовых компрессоров холодильников. В момент пуска необходимо подать питание на рабочую и пусковую обмотку. После запуска компрессора питание с пусковой обмотки нужно снять. Для этого пусковую обмотку подключают через позистор к рабочей. После подачи питания ток проходит к рабочей и пусковой обмотке, по мере работы компрессора позистор нагревается и его сопротивление повышается, снижая ток через пусковую обмотку. Для таких схем применяются дисковые позисторы, которые имеют большой максимальный ток.