同正溫度系數熱敏電阻器(PTC)一樣,負溫度系數熱敏電阻器(NTC)也是一種重要的熱敏電阻元件,也用于溫度檢測和補償。熱敏電阻器對溫度敏感,不同的溫度下表現出不同的電阻值,其中前者的電阻值隨溫度的升高而升高,后者的電阻值隨溫度的升高而降低。
在電子電路中,NTC熱敏電阻主要用于增益控制,是RC振蕩器穩(wěn)幅電路、延遲電路和保護電路的核心元件。具體應用案例包括:移動通信中晶體管、IC以及晶體振蕩器的溫度補償,可充電電池的溫度傳感器,LCD的溫度補償,通用電子電路中的溫度補償,以及電池組、充電電路、打印頭、直流風扇電機、家用電子設備的溫度檢測等。
在材料科技的發(fā)展下,NTC熱敏電阻的尺寸緊湊,還可快速響應(精度可達0.1℃,感溫時間不到10s),測量范圍已經從-10~+300℃發(fā)展到-200~+10℃,有的還可用于+300~+1200℃環(huán)境。
NTC熱敏電阻的電阻-溫度特性
NTC熱敏電阻一般采用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等材料的金屬氧化物進行研磨混合,并燒結成具有一定電阻-溫度特性的功能陶瓷,其電阻率等特性隨材料成分及燒結工藝參數的不同而變化。
熱敏電阻阻值-溫度特性
其中,電阻-溫度特性是熱敏電阻的基本性能,電阻值相對于溫度呈指數級變化。每一攝氏度階躍時的電阻值對應一定的典型電阻值,并用“R-低”和“R-高”分別表征電阻的下限和上限。
恒壓驅動中的溫度感測電路
在最常用的溫度感測電路中,一個熱敏電阻和一個電阻器串聯(lián)連接,并施加以恒定電壓(Vin),這被稱為恒定電壓驅動。此時,熱敏電阻的分配電壓(Vout)可以通過公式“Vout = Vin x RNTC / ( RNTC + R ) ”進行計算。
一種常用的溫度傳感電路圖
在寬泛的溫度檢測范圍中,可獲取顯著的電壓變化。該電壓變化可被視為溫度信息。具體地說,直接將熱敏電阻連接至微控制器裝置(MCU)的模擬-數字(A/D)端口上以進行A/D轉換,可以通過MCU的邏輯將A/D轉換值視為溫度信息。例如,為了在一定溫度時顯示警告,需要編程MCU以便在檢測到A/D轉換值相當于溫度時發(fā)出警告。
熱敏電阻電壓-溫度曲線圖
近幾年,熱敏電阻在材料技術的驅動下,業(yè)界對導電機理和應用研究更深入,但熱敏電阻的阻值隨溫度的改變始終是非線性的,溫度測量時需要創(chuàng)建等效電壓進行補償。如果要求元件具有高線性度,就要選擇特種材料(例如,金屬薄膜、厚膜玻璃釉)和特種工藝制作的元件。
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