Термистор ptc что это такое

Терморезисторы

Обозначение на схеме, разновидности, применение

В электронике всегда приходится что-то измерять или оценивать. Например, температуру. С этой задачей успешно справляются терморезисторы – электронные компоненты на основе полупроводников, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры.

Здесь я не буду расписывать теорию физических процессов, которые происходят в терморезисторах, а перейду ближе к практике – познакомлю читателя с обозначением терморезистора на схеме, его внешним видом, некоторыми разновидностями и их особенностями.

На принципиальных схемах терморезистор обозначается вот так.

Основная характеристика терморезистора – это его ТКС. ТКС – это температурный коэффициент сопротивления. Он показывает, на какую величину изменяется сопротивление терморезистора при изменении температуры на 1°C (1 градус Цельсия) или 1 градус по Кельвину.

У терморезисторов несколько важных параметров. Приводить я их не буду, это отдельный рассказ.

На фото показан терморезистор ММТ-4В (4,7 кОм). Если подключить его к мультиметру и нагреть, например, термофеном или жалом паяльника, то можно убедиться в том, что с ростом температуры его сопротивление падает.

Терморезисторы есть практически везде. Порой удивляешься тому, что раньше их не замечал, не обращал внимания. Давайте взглянем на плату от зарядного устройства ИКАР-506 и попробуем найти их.

Вот первый терморезистор. Так как он в корпусе SMD и имеет малые размеры, то запаян на небольшую плату и установлен на алюминиевый радиатор – контролирует температуру ключевых транзисторов.

Второй. Это так называемый NTC-термистор (JNR10S080L). О таких я ещё расскажу. Служит он для ограничения пускового тока. Забавно. Вроде терморезистор, а служит в качестве защитного элемента.

Почему то если заходит речь о терморезисторах, то обычно думают, что они служат для измерения и контроля температуры. Оказывается, они нашли применение и как устройства защиты.

Также терморезисторы устанавливаются в автомобильные усилители. Вот терморезистор в усилителе Supra SBD-A4240. Здесь он задействован в цепи защиты усилителя от перегрева.

Вот ещё пример. Это литий-ионный аккумулятор DCB-145 от шуруповёрта DeWalt. Вернее, его «потроха». Для контроля температуры аккумуляторных ячеек применён измерительный терморезистор.

Его почти не видно. Он залит силиконовым герметиком. Когда аккумулятор собран, то этот терморезистор плотно прилегает к одной из Li-ion ячеек аккумулятора.

Прямой и косвенный нагрев.

По способу нагрева терморезисторы делят на две группы:

Прямой нагрев. Это когда терморезистор нагревается внешним окружающим воздухом или током, который протекает непосредственно через сам терморезистор. Терморезисторы с прямым нагревом, как правило, используются либо для измерения температуры, либо температурной компенсации. Такие терморезисторы можно встретить в термометрах, термостатах, зарядных устройствах (например, для Li-ion батарей шуруповёртов).

Косвенный нагрев. Это когда терморезистор нагревается рядом расположенным нагревательным элементом. При этом он сам и нагревательный элемент электрически не связаны друг с другом. В таком случае, сопротивление терморезистора определяется функцией тока, протекающего через нагревательный элемент, а не через терморезистор. Терморезисторы с косвенным нагревом являются комбинированными приборами.

NTC-термисторы и позисторы.

По зависимости изменения сопротивления от температуры терморезисторы делят на два типа:

PTC-термисторы (они же позисторы).

Давайте разберёмся, какая между ними разница.

NTC-термисторы.

Своё название NTC-термисторы получили от сокращения NTC – Negative Temperature Coefficient, или «Отрицательный Коэффициент Сопротивления». Особенность данных термисторов в том, что при нагреве их сопротивление уменьшается. Кстати, вот так обозначается NTC-термистор на схеме.

Обозначение термистора на схеме

Как видим, стрелки на обозначении разнонаправлены, что указывает на основное свойство NTC-термистора: температура увеличивается (стрелка вверх), сопротивление падает (стрелка вниз). И наоборот.

На практике встретить NTC-термистор можно в любом импульсном блоке питания. Например, такой термистор можно обнаружить в блоке питания компьютера. Мы уже видели NTC-термистор на плате ИКАР’а, только там он был серо-зелёного цвета.

На этом фото NTC-термистор фирмы EPCOS. Применяется для ограничения пускового тока.

Для NTC-термисторов, как правило, указывается его сопротивление при 25°C (для данного термистора это 8 Ом) и максимальный рабочий ток. Обычно это несколько ампер.

Данный NTC-термистор устанавливается последовательно, на входе сетевого напряжения 220V. Взгляните на схему.

При каждом включении блока питания конденсатор начинает заряжаться, а через NTC-термистор начинает протекать ток. Сопротивление NTC-термистора при этом велико, так как он ещё не успел нагреться. Протекая через NTC-термистор, ток разогревает его. После этого сопротивление термистора уменьшается, и он практически не препятствует протеканию тока, потребляемого прибором. Таким образом, за счёт NTC-термистора удаётся обеспечить «плавный запуск» электроприбора и уберечь от пробоя диоды выпрямителя.

Понятно, что пока импульсный блок питания включен, NTC-термистор находится в «подогретом» состоянии.

Если в схеме происходит выход из строя каких-либо элементов, то, обычно резко возрастает и потребляемый ток. При этом нередки случаи, когда NTC-термистор служит своего рода дополнительным предохранителем и также выходят из строя из-за превышения максимального рабочего тока.

Далее на фото наглядный пример – сгоревший NTC-термистор 5D-11, который был установлен в зарядном устройстве ИКАР-506. Он ограничивал пусковой ток при включении.

Выход из строя ключевых транзисторов в блоке питания зарядного устройства привел к превышению максимального рабочего тока этого термистора (max 4A) и он сгорел.

Позисторы. PTC-термисторы.

Стоит отметить, что позисторы получили менее широкое распространение, чем NTC-термисторы.

Условное обозначение позистора на схеме.

Позисторы легко обнаружить на плате любого цветного CRT-телевизора (с кинескопом). Там он установлен в цепи размагничивания. В природе встречаются как двухвыводные позисторы, так и трёхвыводные.

На фото представитель двухвыводного позистора, который применяется в цепи размагничивания кинескопа.

Внутри корпуса между выводами-пружинами установлено рабочее тело позистора. По сути это и есть сам позистор. Внешне выглядит как таблетка с напылением контактного слоя по бокам.

Как я уже говорил, позисторы используются для размагничивания кинескопа, а точнее его маски. Из-за магнитного поля Земли или влияния внешних магнитов маска намагничивается, и цветное изображение на экране кинескопа искажается, появляются пятна.

Кроме двухвыводных позисторов широко применяются трёхвыводные позисторы. Вот такие.

Далее на фото трёхвыводный позистор СТ-15-3.

Отличие их от двухвыводных заключается в том, что они состоят из двух позисторов-«таблеток», которые установлены в одном корпусе. На вид эти «таблетки» абсолютно одинаковые. Но это не так. Кроме того, что одна таблетка чуть меньше другой, так ещё и сопротивление их в холодном состоянии (при комнатной температуре) разное. У одной таблетки сопротивление около 1,3

3,6 кОм, а у другой всего лишь 18

Трёхвыводные позисторы также применяются в цепи размагничивания кинескопа, как и двухвыводные, но только схема их включения немного иная. Если вдруг позистор выходит из строя, а такое бывает довольно часто, то на экране телевизора появляются пятна с неестественным отображением цвета.

Более детально о применении позисторов в цепи размагничивания кинескопов я уже рассказывал здесь.

SMD-терморезисторы.

С активным внедрением SMT-монтажа, производители стали выпускать миниатюрные терморезисторы, адаптированные и под него. Размеры их корпуса, как правило, соответствуют стандартным типоразмерам (0402, 0603, 0805, 1206), которые имеют чип резисторы и конденсаторы. Маркировка на них не наносится, что затрудняет их идентификацию. По внешнему виду SMD-терморезисторы очень похожи на керамические SMD-конденсаторы.

Встроенные терморезисторы.

В электронике активно применяются и встроенные терморезисторы. Если у вас паяльная станция с контролем температуры жала, то в нагревательный элемент встроен тонкоплёночный терморезистор. Также терморезисторы встраиваются и в фен термовоздушных паяльных станций, но там он является отдельным элементом.

Стоит отметить, что в электронике наряду с терморезисторами активно применяются термопредохранители и термореле (например, типа KSD), которые также легко обнаружить в электронных приборах.

Теперь, когда мы познакомились с терморезисторами, пора узнать об их параметрах.

Источник

Подробно о PTC-термисторах

Есть два основных вида терморезисторов: PTC, у которых сопротивление растет при повышении t°, и NTC с негативной тенденцией, у которых при этом оно падает. Второе название элементов с Positive Temperature Coefficient — позисторы. PTC защищают электроустановки, электронику от перегруза, перегрева, обслуживают реле пускателей, нагревательных узлов. Рассмотрим, где находятся PTC термические резисторы, какие их функции, как выглядят, отличия от NTC (термисторов с Negative Temperature Coefficient), как проверить.

Позисторы (PTC резисторы) как вид терморезисторов

Для электроники температура является одним из факторов, требующих постоянного контроля, так как ненормальный нагрев свидетельствует об изменении параметров тока, о небезопасных явлениях (перегрев вплоть до выгорания).

На платах приборов самыми элементарными стандартными элементами, радиодеталями, которые измеряют t°, контролируя ее значения и предохраняя схему, являются терморезисторы. Детали реагируют особым образом: их сопротивление (R) при различной температуре меняется, соответственно, происходит пропускание или непропускание токов определенной мощности, так реализуется защита микросхемы, устройств.

Термические резисторы (ТР) — это полупроводниковые электронные детали из сплавов с высоким термокоэффициентом трансформации.

Типоразмеры

Форма ТР: тонкие пластинки (реже трубочки), шайбочки, таблетки, каплевидные формы, размером в несколько мм. Некоторые типоразмеры микроскопические (микроны).

Есть также типоразмер SMD, напоминающий такого же типа плавкие предохранители, конденсаторы, иные детали. Изделия таких форм похожие (находятся в стандартных диапазонах 1206, 0805, 0603 и так далее), их почти невозможно различить «на глаз», надо читать спецификацию схемы.

Другой особый тип — встроенные изделия, они более узнаваемые: термопара, таблетка, капля с выводами или более габаритный корпус-цилиндр с двумя проводками.

По количеству отпаек (ножек) есть 2 типа позисторов: с 2 или 3 указанными элементами. Трехвыводные состоят из 2 позитронов-таблеток, объединенных одним корпусом. Одна из пластинок меньшая. Отличается и R, например, 1.3…3.6 кОм и 18…24 Ом. ТР с 2 ножками чаще всего кремниевые (Si), это более узнаваемые пластинки.

Обозначения разных электродеталей на схемах:

Что такое терморезисторы PTC (позисторы), чем отличаются от термисторов (NTC)

Есть 2 вида теплорезисторов, принцип функционирования аналогичный, отличается лишь направление темп. коэф. (ТКС):

Часто PTC (позисторы) и термисторы (NTC) внешне похожи, поэтому надо читать спецификацию, надписи на корпусах:

Обозначение на схемах:

Схематические рисунки для разных запчастей могут быть похожими, поэтому надо внимательно их читать:

Значки ТР могут несколько отличаться, но t° в них присутствует обязательно, у позисторов почти всегда есть буквенно-цифровые обозначения R1, TH1 или RK1 Таким образом, безошибочно можно узнать данные элементы на чертежах.

У PTC две стрелки смотрят вверх, «−» около t° ставят для NTC, так как у него негативный коэффициент.

Наглядное объяснение работы

Принцип работы основывается на взаимосвязанном изменении 2 параметров: температуры внешней среды или самого элемента и его сопротивления (число Ом).

Если взять любой термический резистор, мультиметром замерить сопротивление на нем при обычной комнатной температуре и при его охлаждении/нагревании, то количество Ом будет отличаться. В PTC с ростом температуры значение R будет увеличиваться.

Объяснение работы и отличий PTC/NTC на схеме

На температурных тепловых расцепителях (реле) могут применяться как позисторы, так и термисторы с учетом особенностей их срабатывания и того, какой алгоритм потребуется в конкретной ситуации. На чертеже ниже кривая 1 — это PTC, 2 — NTC. ТР ставят с обычными электромагнитными реле («б»). На рисунке «б» — принципиалка защиты электромотора, «в» — схема подсоединения контактора КМ при термисторе, а «г» при позисторе.

Объяснение работы схемы:

Где применяются

Рассматриваемые детали можно найти на большинстве печатных плат электроники — в самом стандартном виде, это пластинки и таблетки на ножках, могут также выполняться как цилиндрики и в прочих типоразмерах. Характерный вид позисторов на пускателях, подобных устройствах — пластиковая коробочка (внутри клеммами зажата металлическая таблетка). Сфера применения — электроника, цепи электроустановок, электроприборов, сигнализаций.

PTC, как и NTC, применяются для электроцепей приборов, оборудования, для процессов, зависящих от корректности настроек режима t°. Особо актуальные для компьютеров, телевизоров, электроустановок, оборудования связи, для сигнализаций, автомобильных узлов, реле бытовых приборов, блоков питания, высокоточного производственного оборудования. Часто используются в роли температурных датчиков.

PTC (с положительным коэффициентом) термисторы при нагреве повышают свое число Ом. Поэтому позисторы чаще всего используют с целью защиты силовых электроустановок от перегруза, перегрева, а также для поддержания безопасной t°.

Если кратко, то позисторы чаще применяют для защиты устройств в процессе их работы от скачков, перегрева, перегрузки, для регулировки нагревания. Термисторы — для уменьшения токов именно при активации приборов, для плавного включения силовых узлов, БП. Общая сфера применения: датчики, вместе с реле, расцепителями, температурный контроль оборудования. Как видим сферы применения в общем схожие, но учитываются нюансы алгоритма сработки ТР. Некоторые иные области применения позисторов рассмотрим ниже в разделе со схемами.

Задачи позисторов

Основная цель терморезисторов состоит в изменении параметров токов при пуске и работе приборов, электроустановок. PTC ставят для ограничения таковых, а также как термодатчики, переключатели в схемах пусковых конструкций.

Опишем как образцовый пример стандартный процесс: аппарат включается в сеть, напряжение подается на БП, конденсаторы быстро набирают свои емкости (заряжаются), что провоцирует повышенные токи на цепи. Если нет ограничения, то создается высокая вероятность перегрева, перегорания, пробоя элементов, диодных мостов.

Высокие токи провоцируют повышение температуры, но PTC терморезистор не дает им провоцировать перегрев: его сопротивление растет, не пропуская чрезмерные значения напряжения. Сами по себе терморезисторы при небезопасных факторах не расцепляют контакты, а только служат преградами, ограничителями. Причем их действие уже заложено в них, то есть без механических движений — блокировать будет само сопротивление. Такие элементы (термопары) особенно контактные также часто работают как датчики с реле, расцепителями: отслеживают и сообщают исполнительному узлу о небезопасном факторе.

PTC встречаются почти во всех современных приборах, например, на импульсных блоках питания. Эти детали служат не только лишь для нормализации температурного режима, но и в устройствах защиты, реле, расцепителях, узлах, основывающихся на измерениях t° (термопары, сенсоры холодильников, стиралок).

Виды термических резисторов с положительным ТКС

Рассмотрим виды термических резисторов, для PTC и NTC они одинаковые.

Разновидности по особенностям действия

По типу действия (сработки) есть такие типы ТР:

Номинал, разновидности по температурным параметрам

Детали чаще рассматриваются в международной системе измерений СИ, в Кельвинах. Переводить К в градусы Цельсия нужно особым образом — сравнивая две шкалы.

Один градус К равен 1° C, но точки на шкалах разнятся: нулю по Цельсию отвечает 273.150 на линейке, градуированной Кельвинами. Также тут есть такая отметка как абсолютный ноль, но это не «0° C» — он равен отметке «−273.150 °C».

Терморезисторы различаются по степени реагирования на определенную температуру так:

Первоначальные характеристики терморезисторов — термисторов, позисторов — могут изменяться при функционировании с частыми колебаниями t°.

Виды по типу нагрева

Нагрев может быть таких типов (ему соответствует 2 типа термических резисторов):

Какие параметры влияют на подбор терморезисторов

Рассмотрим, какие параметры надо определить и учесть при выборе PTC, позистор, терморезистор с положительным коэффициентом.

Габариты. Деталь должна поместиться на плате, не мешать иным деталям.

Сопротивление, оно же номинал, RT, в Омах. Указывается на элементе на его маркировке вместе с температурой в Цельсиях или Кельвинах. Надо также читать таблицы данных и спецификацию детали. Например, если ТР рассчитан на функционирование при −100…+200° C, режим для окружающих условий использования принимают как +20…+25° C;

Временная переменная температуры в сек. Отражает тепловую инерционность: период, необходимый для изменения t° теплового резистора на 63% от разницы t° на нем и окружающей среды. Обычно принимается равным +100° C;

ТКС он же TCR (в % на 1 градус С°), αR или αRT. Это основная характеристика — тепловой (термический) коэффициент сопротивления. Прописывается для той же t°, что и «холодное» R. Цифры значения могут быть с «+», «–» или «±», что показывает, в какую сторону учитывают изменения температуры (это не отклонения точности). По данной характеристике выделяют определенные группы терморезисторов (А, Б, В и так далее).

Предельная интенсивность рассеивания Pmax, Вт. Порог, до которого нет необратимых трансформаций в детали. По этой характеристике главное исключить ситуации, когда tmax превышает предел, Pmax.

Tmax — наибольшее значение, при котором свойства детали определенное время остаются неизменными (эти две составляющие устанавливаются изготовителем).

Коэффициенты G и H. Данные характеристики зависимы от свойств используемого сплава, нюансов теплообмена между ТР и средой. Характеристики взаимосвязанные, что отображает уравнение G=H/100а:

Теплоемкость (Дж на 1° C), «C» — количество тепла для нагрева терморезистора на 1°.

Временная постоянная τ = отношению между C и H. Подбирая изделие, надо учесть промежуток температурного сопротивления и кратность колебаний R на участке положительного ТКС.

Для правильного выбора позисторов надо изучить все варианты терминологии: другие и некоторые вышеуказанные позиции трактуются также следующим образом:

Температура и т. Кюри:

Базовые свойства позисторов

При расчете терморезисторов потребуется оценить следующее составляющие:

Как работает PTC с физико-химической точки зрения

Терморезистор типа PTC повышает свое сопротивление (на схемах обозначается R, в Омах), при увеличении t°; у термистора NTC алгоритм тот же, но наоборот: при росте первой, вторая величина падает.

Главная особенность терморезистора — максимальная чувствительность R материала к изменениям t°. Если нагрева нет, то атомы расположены ровно, выстроенные длинными линиями. При росте тепла число транспортировщиков заряда становится большим, и чем больше, тем лучше проводимость.

Кривая t°/R нелинейная, наиболее ярко свойства проявляются при −90…+130° C.

Свойства ТР создаются путем сравнения режима t° с характеристиками используемых в детали сплавов, являющихся полупроводниками. Применяют составы чрезвычайно чувствительные к температуре.

При прохождении тока появляется электрополе, подталкивающее электроны, ударяющиеся об атомы, так они затормаживаются. При высоких температурах движение атомов интенсивнее, исходная частичка быстрее взаимодействует, создавая дополнительное сопротивление. После охлаждения валентные уровни электронов станут низкими, перейдут в спокойное состояние, частички будут меньше перемещаться, перестанут повышать число Ом.

Проверка мультиметром

Работоспособность позистора покажет мультиметр. Проверка основывается на замерах сопротивления при изменении температуры. Алгоритм:

Проверка терморезистора опусканием в теплую воду и замерами тестером, показывающим сопротивление:

Как подключить, схемы

Рассмотрим основные схемы подключения PTC резистора в зависимости, для каких целей он применяется. Чаще элементы подключаются последовательно, но также иногда могут включаться и параллельно, например, к пусковому реле.

Схема для тепловых пожарных извещателей:

PTC как плавкий предохранитель:

Примеры других схем для позисторов:

Как сенсор температуры, термокомпенсации

Ниже принципиалка температурной компенсации: при смещении транзистора используется R позистора. При перегреве первого, на втором также повышается t°, и когда значение преодолеет точку Кюри ТР перейдет на режим мощного сопротивления, цепь сместится, транзистор отключится.

Если PTC в роли детектора перегрева, когда затребована температурная компенсация, прибор не меняет сопротивление на входе наподобие термистора NTC, учитывая последовательное подсоединение на входную цепь. Это отлично подходит для вариантов последней, требующих описанного нюанса: для импульсных линий, региональных усилителей, измерительных устройств.

Несколько позисторов в схеме

Два и больше PTC могут обслуживать несколько активных сегментов работы с компаратором. Ниже — схема последовательно включения увеличенного числа ТР: при обнаружении одним хотя бы перегрева микросхемой компаратором демонстрируется резкое значение температурного сопротивления. Такая схема позволит легко менять количество PTC или замерять t° на целой базовой схеме.

Защита перегрева двигателя

PTC применяют для мониторинга перегрева электромоторов, трансформаторных обмоток, подшипниковых конструкций, силовых транзисторов. Ниже пример PTC, определяющего чрезмерный нагрев мотора, что тянет за собой сработку реле на его отключение.

Непосредственно позистором может осуществляться блокировка цепей с малыми регулярными токами, если же они большие и постоянные в линию включают реле, тиристор.

Компонент контроля

PTC, как электронная составляющая текущего контроля, показан на простейшем решении ниже:

При превышении заданной температуры загорается диод. Если нарушено предельное значение тока, терморезистор среагирует и моментально реализует защиту.

Опцию задержки можно воплотить посредством динамических свойств ТР, есть два метода: подсоединение параллельно или последовательно с реле. Позволительно также контролировать пусковые токи позистором, например, на импульсных источниках питания, которые, как правило, имеют значительную эту величину при первом старте.

PTC можно применить вместо NTC или простого резистора как ограничитель пусковых токов. Деталь нагревается токовыми перегрузками при отказе реле или тиристора и происходит его сработка при высоком сопротивлении, течение тока блокируется моментально.

Помимо указанного, практично использовать PTC для схемы старта моторов как бесконтактный стартер, например, для компрессора холодильников, кондиционеров и подобного.

На Arduino

Программируемая база в виде контроллера Arduino применяется для различных самоделок, мини-роботов.

В данном случае необходимо подсоединить PTC к указанной платформе для считывания показателей, туда также будет включен ЖК дисплей, показывающий их.

Описание примера (при номинале терморезистора, когда на нем в горячем состоянии 10 кОм):

Ниже то же самое немного иными словами. Для элементарной сборки возьмем монтажную плату, 3 проводка, PTC, резистор (это основное сопротивление схемы) на 10 кОм. Вывод последнего подключается к той ножке PTC, к которой идет также жила, подключаемая на, в нашем случае, аналоговый пин A0 Ардуино. То есть один контакт PTC — к 5V, а второй, соединенный с ножкой резистора 10 кОм, — к А0. Оставшаяся ножка последнего — к пину «земли». На схеме ниже порядок виден четко.

Более детально ознакомиться с работой с различными компонентами можно на каком-нибудь симуляторе в сети.

Видео по теме

Источник