Termistor: urządzenie, zasada działania, przeznaczenie, typy

Naprawiając sprzęt AGD, masz do czynienia z szeroką gamą części i komponentów. Często początkujący nie wiedzą, czym jest termistor i czym one są. Są to elementy półprzewodnikowe, których rezystancja zmienia się wraz z temperaturą. Dzięki tym właściwościom znalazły szerokie zastosowanie. Począwszy od termometrów, a skończywszy na ogranicznikach prądu rozruchowego. W tym artykule odpowiemy na wszystkie Twoje pytania prostymi słowami.

Urządzenie i typy

Termistor to urządzenie półprzewodnikowe, którego rezystancja zależy od jego temperatury. W zależności od rodzaju elementu opór może wzrosnąć lub spaść po podgrzaniu. Istnieją dwa rodzaje termistorów:

• NTC (Ujemny Współczynnik Temperatury) - z ujemnym temperaturowym współczynnikiem rezystancji (TCR). Często nazywane są „termistorami”.
• PTC (dodatni współczynnik temperaturowy) - z dodatnim TCS. Nazywa się je również „pozystorami”.

Ważny! Współczynnik temperaturowy oporu elektrycznego to zależność między oporem a temperaturą. Opisuje, o ile omów lub procent wartości nominalnej zmienia się rezystancja elementu, gdy jego temperatura wzrasta o 1 stopień Celsjusza. Na przykład zwykły rezystory dodatni TCS (po podgrzaniu wzrasta rezystancja przewodów).

Termistory są niskotemperaturowe (do 170K), średniotemperaturowe (170-510K) i wysokotemperaturowe (900-1300K). Korpus ogniwa może być wykonany z tworzywa sztucznego, szkła, metalu lub ceramiki.

Konwencjonalne oznaczenie graficzne termistorów na schemacie przypomina zwykłe rezystory, a jedyną różnicą jest to, że są przekreślone paskiem, a obok jest wskazana litera t.

Nawiasem mówiąc, tak oznacza się wszelkie rezystory, których rezystancja zmienia się pod wpływem otoczenia, a rodzaj wielkości wpływających jest oznaczony literą, t jest temperaturą.

Główna charakterystyka:

• Znamionowa odporność na 25 stopni Celsjusza.
• Maksymalne rozpraszanie prądu lub mocy.
• Zakres temperatury pracy.
• TCS.

Interesujący fakt: Termistor został wynaleziony w 1930 roku przez naukowca Samuela Rubena.

Przyjrzyjmy się bliżej, jak każdy z nich jest ułożony i do czego służy.

NTC

Podstawowe informacje

Rezystancja termistorów NTC spada po podgrzaniu, ich TCR jest ujemny. Opór w funkcji temperatury przedstawiono na poniższym wykresie.

Tutaj możesz upewnić się, że rezystancja termistora NTC zmniejsza się, gdy się nagrzewa.

Te termistory są wykonane z półprzewodników. Zasada działania polega na tym, że wraz ze wzrostem temperatury wzrasta koncentracja nośników ładunku, elektrony przechodzą do pasma przewodnictwa. Oprócz półprzewodników stosuje się tlenki metali przejściowych.

Zwróć uwagę na taki parametr jak współczynnik beta. Jest ona brana pod uwagę podczas używania termistora do pomiaru temperatury, do uśredniania wykresu rezystancji w funkcji temperatury oraz do obliczeń przy użyciu mikrokontrolerów. Poniżej przedstawiono równanie beta przybliżające krzywą rezystancji termistora.

Interesujący: w większości przypadków termistory są używane w zakresie temperatur 25-200 stopni Celsjusza. W związku z tym mogą być używane do pomiarów w tych zakresach, podczas gdy termopary pracują w temperaturze 600 stopni Celsjusza.

Gdzie jest używany

Termistory NTC są często używane do ograniczania prądów rozruchowych silników elektrycznych, przekaźników rozruchowych, np zabezpieczenie przed przegrzaniem baterii litowych oraz w zasilaczach w celu zmniejszenia prądów ładowania filtra wejściowego (pojemnościowy).

Powyższy schemat przedstawia przykład zastosowania termistora w zasilaczu. Ta aplikacja nazywa się ogrzewaniem bezpośrednim (gdy element nagrzewa się sam, gdy przepływa przez niego prąd). Na płycie zasilacza tak wygląda rezystor NTC.

Na poniższym obrazku możesz zobaczyć, jak wygląda termistor NTC. Może różnić się wielkością, kształtem i rzadziej kolorem, najczęściej są zielone, niebieskie i czarne.

Ograniczanie prądu rozruchowego silników elektrycznych za pomocą termistora NTC stało się powszechne w sprzęcie gospodarstwa domowego ze względu na łatwość jego wdrożenia. Wiadomo, że przy rozruchu silnika może pobierać prąd kilkukrotnie i dziesiątki razy większy niż jego nominalne zużycie, zwłaszcza jeśli silnik jest uruchamiany nie na biegu jałowym, ale pod obciążeniem.

Zasada działania takiego schematu:

Gdy termistor jest zimny, jego rezystancja jest wysoka, włączamy silnik i prąd w obwodzie jest ograniczany przez czynną rezystancję termistora. Stopniowo element ten się nagrzewa i jego rezystancja spada, a silnik wchodzi w tryb pracy. Termistor dobierany jest w taki sposób, aby w stanie gorącym rezystancja była bliska zeru. Na poniższym zdjęciu widać wypalony termistor na płycie maszynki do mięsa Zelmer, gdzie zastosowano to rozwiązanie.

Wadą tej konstrukcji jest to, że podczas ponownego uruchamiania, gdy termistor jest nadal gorący, nie występuje ograniczenie prądu.

Termistor w celu ochrony żarówek nie jest zwykle używany przez amatorów. Poniższy schemat przedstawia wariant ograniczenia udaru prądowego przy włączonych takich żarówkach.

Jeśli do pomiaru temperatury używany jest termistor, ten tryb pracy nazywa się ogrzewaniem pośrednim, tj. jest ogrzewany przez zewnętrzne źródło ciepła.

Interesujący: termistory nie mają polaryzacji, dzięki czemu mogą być stosowane zarówno w obwodach prądu stałego, jak i przemiennego bez obawy o odwrócenie polaryzacji.

Cechowanie

Termistory mogą być oznaczane zarówno literami, jak i kodowane kolorami w postaci kółek, pierścieni lub pasków. Jednocześnie rozróżnia się wiele metod znakowania liter – zależy to od producenta i rodzaju danego elementu. Jedna z opcji:

W praktyce, jeśli jest używany do ograniczania prądu rozruchowego, najczęściej spotykane są termistory dyskowe, które są oznaczone w następujący sposób:

5D-20

Tam, gdzie pierwsza liczba oznacza rezystancję przy 25 stopniach Celsjusza - 5 omów, a „20” to średnica, im większa, tym więcej mocy może rozproszyć. Przykład tego widać na poniższym rysunku:

Aby rozszyfrować kodowanie kolorami, możesz skorzystać z poniższej tabeli.

Ze względu na mnogość opcji etykietowania można popełnić błąd w dekodowaniu, dlatego dla dokładności dekodowania lepiej poszukać dokumentacji technicznej dla konkretnego komponentu na stronie producenta.

PTC

Podstawowe informacje

Jak wspomniano, pozystory mają dodatni TCR, to znaczy ich rezystancja wzrasta po podgrzaniu. Wykonywane są na bazie tytanianu baru (BaTiO₃). Pozystor ma taki wykres temperatury i rezystancji:

Ponadto należy zwrócić uwagę na jego charakterystykę prądowo-napięciową:

Tryb pracy zależy od wyboru punktu pracy pozystora na charakterystyce I – V, np.:

• Sekcja liniowa służy do pomiaru temperatury;
• Sekcja opadająca wykorzystywana jest w przekaźnikach rozruchowych, przekaźnik czasowy, mierząc moc EMP na mikrofali, alarm przeciwpożarowy i inne rzeczy.

Poniższy film opisuje, czym są pozystory:

Gdzie jest stosowany

Zakres zastosowania pozystorów jest wystarczająco szeroki. Stosowane są głównie w obwodach do ochrony sprzętu i urządzeń przed przegrzaniem lub przeciążać, rzadziej do pomiaru temperatury, a także jako samostabilizujący element grzejny. Wymieńmy pokrótce przykłady użycia:

1. Ochrona silników elektrycznych. Zainstalowany w przedniej części każdego uzwojenia silnika elektrycznego (dla jednobiegowej trójfazowej 3, dwubiegowej 6 itd.), Termistor PTC zapobiega przepaleniu się uzwojenia w przypadku zakleszczenia wirnika lub w przypadku awarii chłodzenie. Jak działa ten schemat? Pozystor służy jako czujnik podłączony do urządzenia sterującego z przekaźnikami wykonawczymi, rozrusznikami i stycznikami. W przypadku nienormalnej sytuacji, jego opór wzrasta i sygnał ten jest przekazywany do sterownika, silnik zostaje wyłączony.
2. Aby chronić uzwojenia transformatora przed przegrzaniem i (lub) przeciążeniem, termistor PTC jest instalowany szeregowo z uzwojeniem pierwotnym.
3. System demagnetyzacji do telewizorów i monitorów CRT. Nawiasem mówiąc, ta część często zawodzi i trzeba się z tym uporać podczas napraw, podczas gdy bezpiecznik przestaje działać.
4. Element grzewczy w pistoletach do kleju. Na przykład w samochodach do ogrzewania przewodu dolotowego zdjęcie poniżej pokazuje grzałkę dla kanału XX gaźnika Pierburg.

Termistory to grupa urządzeń zdolnych do przetwarzania temperatury na sygnał elektryczny, który jest odczytywany poprzez pomiar spadku napięcia lub prądu w obwodzie, w którym jest zainstalowany. Ewentualnie sami mogą być organem regulacyjnym, jeśli pozwalają na to jego parametry. Prostota i dostępność tych urządzeń pozwala na ich szerokie zastosowanie zarówno do profesjonalnego projektowania urządzeń, jak i do praktyki radioamatorskiej.

Na koniec zalecamy obejrzenie filmu, który szczegółowo wyjaśnia, czym jest termistor, jak działa i gdzie jest używany:

Prawdopodobnie nie wiesz:

• Obliczanie rezystora online dla LED
• Jak rezystancja przewodnika zależy od temperatury?
• Jak zrobić termostat własnymi rękami