NTC熱敏電阻的應用

NTC熱敏電阻的應用

NTC通常是由錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鐵(Fe)等兩種或兩種以上高純度金屬氧化物材料經(jīng)混合、成型、燒結(jié)等工藝制成的接近理論密度(4.8g/cm3)結(jié)構(gòu)的半導體電子陶瓷。

NTC熱敏電阻是一種隨著溫度的變化其電阻阻值呈相反趨勢變化，且變化率極大的半導體電阻器。通常熱敏電阻可用在溫度檢測、溫度補償、防浪涌等場合。

NTC熱敏電阻的阻值(RT)與熱力學溫度(T)的典型關(guān)系曲線如下圖所示，可見隨著溫度的升高，RT迅速減小。

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圖1 NTC特性曲線

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上述關(guān)系可采用下式的指數(shù)關(guān)系表示:

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其中，式中RT0為熱敏電阻在溫度T0(熱力學溫度)下的阻值，B為熱敏指數(shù)，與熱敏電阻的半導體材料和加工工藝有關(guān)。

1. 溫度傳感器及非線性校正

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NTC熱敏電阻是一類在工業(yè)測溫領(lǐng)域應用相當廣泛的溫度傳感器。與半導體集成溫度傳感器相比，NTC熱敏電阻具有測溫范圍寬、使用方便、價格低廉等特點;與鉑熱電阻或熱電偶相比，NTC熱敏電阻具有靈敏度高、電路簡單、價格低廉的特點。

熱敏電阻的溫度測量范圍可達-100℃～500℃，其靈敏度可達-44000ppm/℃(25℃時)，其實際使用尺寸十分靈活，可小至0.01英寸或更小的直徑，最大幾乎沒有限制。額定室溫電阻取決于其半導體材料、大小、形狀以及電極的接觸面積，厚而窄的熱敏電阻具有相對較高的阻值，而形狀薄而寬的則具有較低的阻值。

由于用作溫度傳感器時，通常需要較好的線性度。但熱敏電阻的阻值與溫度之間呈指數(shù)關(guān)系變化，在較大溫度范圍內(nèi)，阻值與溫度的關(guān)系具有比較嚴重的非線性。此時，進行非線性較正會取得較好的效果。

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圖2 NTC溫度傳感電路

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通常采用的NTC熱敏電阻非線性校正的方式是采用一個溫度系數(shù)較小的固定電阻與NTC熱敏電阻并聯(lián)，這種方法簡單易用且校正效果較好，它具有將NTC熱敏電阻曲線冷端向下拉的作用。

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圖3 NTC熱敏電阻非線性校正

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圖3表示熱敏電阻本身的溫度特性曲線及并聯(lián)電阻進行校正后的溫度特性曲線。兩個電阻并聯(lián)時，較低電阻值的作用更大，在冷端(接近T1)熱敏電阻值阻值較高，并聯(lián)固定電阻起主要作用，熱敏電阻自身較陡峭的阻值變化(大溫度系數(shù))由于固定電阻的作用而變得相對平坦;而熱端(接近T4)，熱敏電阻相對于固定電阻阻值較低，因此熱敏電阻的阻值變化作用明顯。對于并聯(lián)校正采用的固定電阻阻值可采用下式確定:

式中RT1為測溫范圍內(nèi)最低溫度時熱敏電阻的阻值，RT3為溫度范圍內(nèi)最高溫度時的阻值，而RT2為溫度范圍內(nèi)的中間點時熱敏電阻阻值。

2. 防浪涌保護

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NTC熱敏電阻的另一個非常廣泛的用途就是電源的防浪涌電流保護，示意圖如下圖所示。

圖4 NTC防浪涌電流保護

由于在整流濾波電路中，為了避免電子電路開機瞬間由于容性負載充電而產(chǎn)生的瞬間浪涌電流，通常在電源電路中串接一個功率型的NTC熱敏電阻。這樣能夠有效的抵制開機時的浪涌電流，并且在完成抵制浪涌電流作用后，由于通過電流的持續(xù)作用，NTC熱敏電阻的阻值將下降到非常小的值，消耗功率很小可以忽略，不會對電路的正常工作造成影響。

所以在中小功率電源電路中，采用功率型NTC熱敏電阻器抵制開機浪涌電流的方法得到廣泛應用。

功率型熱敏電阻的主要參數(shù)有：最大穩(wěn)態(tài)電流、R25阻值、耗散系數(shù)、B值等。

最大穩(wěn)態(tài)電流：是指熱敏電阻在25℃環(huán)境溫度下允許施加在熱敏電阻上的最大持續(xù)電流值。這個值必須高于實際電路中熱敏電阻工作電流值。

R25阻值：是指熱敏電阻的設(shè)計阻值，即25℃下的零功率電阻值(通常阻值精度在20%左右)。這個值可以表示熱敏電阻的在啟機瞬間的限流能力。

B值：是熱敏系數(shù)，為兩個溫度下零功率電阻值的自然對數(shù)之差與這兩個溫度的倒數(shù)之差的比值，熱敏電阻溫度特性公式如下:

B值越大，殘留電阻越小，工作溫升也就越小。

耗散系數(shù):是指在規(guī)定環(huán)境溫度下，器件本身耗散功率變化與相應溫度變化的比值。

熱時間常數(shù):在零功率狀態(tài)下，當環(huán)境溫度突變時，電阻體溫度由起始溫度變化到最終溫度的63.2%時所需的時間。

一般熱時間常數(shù)與耗散系數(shù)乘積越大，熱敏電阻的熱容量越大，抵制浪涌電流的能力也就越強。工作溫升也就越小。

通過以上可以知道，NTC熱敏電阻的阻值對溫度非常敏感，可靈活應用NTC熱敏電阻的特性到實踐中去。為了防浪涌電流對電路的沖擊時，可以選擇功率型NTC熱敏電阻，為了作溫度補償或者溫度偵測時，可以選擇感溫型NTC熱敏電阻。

審核編輯 ：李倩