熱敏電阻器是敏感元件的一類,按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)。熱敏電阻器的典型特點(diǎn)是對溫度敏感,不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器(PTC)在溫度越高時電阻值越大,負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)在溫度越高時電阻值越低,它們同屬于半導(dǎo)體器件。
1.NTC熱敏電阻是什么
負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻又稱NTC熱敏電阻,是一類電阻值隨溫度增大而減小的一種傳感器電阻。廣泛用于各種電子元件中,如溫度傳感器、可復(fù)式保險(xiǎn)絲及自動調(diào)節(jié)的加熱器等。它是以錳、鈷,鎳和銅等金屬氧化物為主要材料,采用陶瓷工藝制造而成的。
金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì),因?yàn)樵趯?dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時,這些氧化物材料的載流子(電子和孔穴)數(shù)目少,所以其電阻值較高;隨著溫度的升高,載流子數(shù)目增加,所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在10O~1000000歐姆,溫度系數(shù)-2%~-6.5%。NTC熱敏電阻器可NTC熱敏電阻器廣泛用于測溫、控溫、溫度補(bǔ)償?shù)确矫妗?/div>
2.NTC熱敏電阻工作原理
一、工作原理:
NTC是Negative Temperature Coefficient 的縮寫,意思是負(fù)的溫度系數(shù),泛指負(fù)溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件,所謂NTC熱敏電阻器就是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料, 采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì),因?yàn)樵趯?dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時,這些氧化物材料的載流子(電子和孔穴)數(shù)目少,所以其電阻值較高;隨著溫度的升高,載流子數(shù)目增加,所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在100~1000000歐姆,溫度系數(shù)-2%~-6.5%。NTC熱敏電阻器可廣泛用于測溫、控溫、溫度補(bǔ)償?shù)确矫妗?/div>
二、NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻構(gòu)成
NTC(Negative Temperature Coefficient)是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料.該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進(jìn)行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝而成的半導(dǎo)體陶瓷,可制成具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)的熱敏電阻.其電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化.現(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料。
NTC熱敏半導(dǎo)瓷大多是尖晶石結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷,具有負(fù)的溫度系數(shù),電阻值可近似表示為:
式中RT、RT0分別為溫度T、T0時的電阻值,Bn為材料常數(shù).陶瓷晶粒本身由于溫度變化而使電阻率發(fā)生變化,這是由半導(dǎo)體特性決定的。
3.NTC熱敏電阻作用和用途
作用和用途:
NTC熱敏電阻由于靈敏度高、可靠性高及價(jià)格低廉,而被廣泛應(yīng)用于家電、汽車、工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的溫度傳感與控制。根據(jù)其用途的不同可分為:功率型NTC熱敏電阻,補(bǔ)償型NTC熱敏電阻和測溫型NTC熱敏電阻。
(1)抑制浪涌電流(功率型):
開關(guān)電源、電機(jī)、變壓器與照明電源等在接通瞬時,有很大的浪涌電流,這一沖擊電流可能損壞元件(如MOS管)或?qū)⒈kU(xiǎn)絲燒毀。將NTC熱敏電阻與負(fù)載串聯(lián),可以有效的抑制這種電流。在電源接通前,熱敏電阻器有較大的冷態(tài)電阻,可以抑制電流。在足夠大的電流負(fù)荷下,因自熱使電阻值下降到原來的1/(10~50),它消耗的功率因此而下降。使用NTC熱敏電阻的產(chǎn)品不能頻繁開關(guān)機(jī),產(chǎn)品關(guān)斷時,NTC熱敏電阻必須要從高溫低阻狀態(tài)完全恢復(fù)到常溫高阻狀態(tài)才能達(dá)到與上一次同等的浪涌抑制效果
(2)溫度補(bǔ)償:
大部分的石英振蕩器都有較強(qiáng)的溫度依賴性,為了獲得良好的溫度特性,通常都使用恒溫槽使石英振蕩器的環(huán)境溫度保持一定。但這樣就使得設(shè)備龐大,成本較高。現(xiàn)在多采用石英振蕩器電路內(nèi)設(shè)置溫度補(bǔ)償電路,可以在相對廣的溫度范圍內(nèi)獲得良好的溫度特性。這種備有溫度補(bǔ)償電路的石英振蕩器稱為TCXO,作為溫度補(bǔ)償元件大多是片式NTC熱敏電阻器。
(3)溫度測量:
NTC熱敏電阻在一定的測量功率下,電阻值隨著溫度上升而迅速下降。利用這一特性, 可將NTC熱敏電阻通過測量其電阻值來確定相應(yīng)的溫度,從而達(dá)到檢測和控制溫度的目的。
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