PTC基礎(chǔ)知識(shí)

PTC熱敏電阻

    PTC是Positive Temperature Coefficient 的縮寫，意思是正的溫度系數(shù)， 泛指正溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件。通常我們提到的PTC是指正溫度系數(shù)熱敏電阻，簡(jiǎn)稱PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導(dǎo)體電阻，超過(guò)一定的溫度(居里溫度)時(shí)，它的電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的增高。
　

    PTC熱敏電阻組織結(jié)構(gòu)和功能原理

    陶瓷材料通常用作高電阻的優(yōu)良絕緣體，而陶瓷PTC熱敏電阻是以鈦酸鋇為基，摻雜其它的多晶陶瓷材料制造的，具有較低的電阻及半導(dǎo)特性。通過(guò)有目的的摻雜一種化學(xué)價(jià)較高的材料作為晶體的點(diǎn)陣元來(lái)達(dá)到的： 在晶格中鋇離子或鈦酸鹽離子的一部分被較高價(jià)的離子所替代，因而得到了一定數(shù)量產(chǎn)生導(dǎo)電性的自由電子。對(duì)于PTC熱敏電阻效應(yīng)，也就是電阻值階躍增高的原因，在于材料組織是由許多小的微晶構(gòu)成的，在晶粒的界面上， 即所謂的晶粒邊界(晶界)上形成勢(shì)壘，阻礙電子越界進(jìn)入到相鄰區(qū)域中去，因此而產(chǎn)生高的電阻，這種效應(yīng)在溫度低時(shí)被抵消： 在晶界上高的介電常數(shù)和自發(fā)的極化強(qiáng)度在低溫時(shí)阻礙了勢(shì)壘的形成并使電子可以自由地流動(dòng)。 而這種效應(yīng)在高溫時(shí)，介電常數(shù)和極化強(qiáng)度大幅度地降低，導(dǎo)致勢(shì)壘及電阻大幅度地增高 ，呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的PTC效應(yīng)。
　

    PTC熱敏電阻制造流程

    將能夠達(dá)到電氣性能和熱性能要求的混合物 (碳酸鋇和二氧化鈦以及其它的材料) 稱量、混合再濕法研磨， 脫水干燥后干壓成型制成圓片形、長(zhǎng)方形、圓環(huán)形、蜂窩狀的毛坯。 這些壓制好的毛坯在較高的溫度下(1400℃左右)燒結(jié)成陶瓷，然后上電極使其表面金屬化，根據(jù)其電阻值分檔檢測(cè)。 按照成品的結(jié)構(gòu)形式釬焊封裝或裝配外殼，之后進(jìn)行最后的全面檢測(cè)。

                                    稱量     >>    球磨    >>     預(yù)燒結(jié)   >>   造粒     
 　
 
                              >>    成型     >>    燒結(jié)    >>     上電極   >>    阻值分選
 　
 
                              >>    釬焊     >>    封裝裝配 >>    打標(biāo)志   >>    耐壓檢測(cè)
 　
 
                              >>    阻值檢測(cè) >>    最終檢測(cè)  >>    包裝    >>    入庫(kù)

    PTC熱敏電阻與溫度的依賴關(guān)系（R-T特性）

    電阻-溫度特性通常簡(jiǎn)稱阻溫特性，指在規(guī)定的電壓下，PTC熱敏電阻零功率電阻與電阻體溫度之間的依賴關(guān)系。
    零功率電阻，是指在某一溫度下測(cè)量PTC熱敏電阻值時(shí)，加在PTC熱敏電阻上的功耗極低，低到因其功耗引起的PTC熱敏電阻的阻值變化可以忽略不計(jì)。額定零功率電阻指環(huán)境溫度25℃條件下測(cè)得的零功率電阻值 。

                                             lgR(Ω)

        Rmin   :   最小電阻                         

        Tmin   :   Rmin時(shí)的溫度

        RTc    :   2倍Rmin

        Tc     :   居里溫度

                                                RTc

                                               Rmin

                                                             T25       Tmin      Tc            T(℃)

    表征阻溫特性好壞的重要參數(shù)是溫度系數(shù)α，反映的是阻溫特性曲線的陡峭程度。溫度系數(shù)α越大，PTC熱敏電阻對(duì)溫度變化的反應(yīng)就越靈敏，即PTC效應(yīng)越顯著，其相應(yīng)的PTC熱敏電阻的性能也就越好，使用壽命就越長(zhǎng)。PTC熱敏電阻的溫度系數(shù)定義為溫度變化導(dǎo)致的電阻的相對(duì)變化 。 α = (lgR2-lgR1)/(T2-T1)   一般情況下，T1取Tc+15℃、T2取Tc+25℃來(lái)計(jì)算溫度系數(shù)。

    電壓和電流的關(guān)系（V-I特性）

    電壓-電流特性簡(jiǎn)稱伏安特性， 它展示了PTC熱敏電阻在加電氣負(fù)載達(dá)到熱平衡的情況下，電壓與電流的相互依賴關(guān)系。
　

                                                I(A)

                                                 Ik

        Ik       在外加電壓Vk時(shí)的動(dòng)作電流
        Ir       外加電壓Vmax時(shí)的殘余電流
        Vmax     最大工作電壓
        VN       額定電壓
        VD       擊穿電壓

                                                 Ir

                                                           Vk        VN         Vmax      VD     V(v)

    PTC熱敏電阻的伏安特性大致可分為三個(gè)區(qū)域：

    在0-Vk之間的區(qū)域稱為線性區(qū)，此間的電壓和電流的關(guān)系基本符合歐姆定律，不產(chǎn)生明顯的非線性變化， 也稱不動(dòng)作區(qū)。在Vk-Vmax之間的區(qū)域稱為躍變區(qū)，此時(shí)由于PTC熱敏電阻的自熱升溫，電阻值產(chǎn)生躍變， 電流隨著電壓的上升而下降，所以此區(qū)也稱動(dòng)作區(qū)。在VD以上的區(qū)域稱為擊穿區(qū)，此時(shí)電流隨著電壓的上升而上升，PTC熱敏電阻的阻值呈指數(shù)型下降，于是電壓越高，電流越大，PTC熱敏電阻的溫度越高，阻值反而越低， 很快就導(dǎo)致PTC熱敏電阻的熱擊穿。伏安特性是過(guò)載保護(hù)PTC熱敏電阻的重要參考特性。

    電流和時(shí)間的關(guān)系（I-t特性）

    電流-時(shí)間特性是指PTC熱敏電阻在施加電壓的過(guò)程中，電流隨時(shí)間變化的特性。 開始加電瞬間的電流稱為起始電流，達(dá)到熱平衡時(shí)的電流稱為殘余電流。

    一定環(huán)境溫度下，給PTC熱敏電阻加一個(gè)起始電流(保證是動(dòng)作電流)， 通過(guò)PTC熱敏電阻的電流降低到起始電流的50%時(shí)經(jīng)歷的時(shí)間就是動(dòng)作時(shí)間。電流-時(shí)間特性是自動(dòng)消磁PTC熱敏電阻、延時(shí)啟動(dòng)PTC熱敏電阻、過(guò)載保護(hù)PTC熱敏電阻的重要參考特性。