Termistori
Termistori (termistori, lämpövastus) on puolijohdelaite , jonka sähkövastus vaihtelee lämpötilansa mukaan [1] .
Termistorin keksi Samuel Ruben vuonna 1930 [2] .
Termistorit on valmistettu materiaaleista, joilla on korkea lämpötilakerroin (TCR), joka on tyypillisesti suuruusluokkaa suurempi kuin metallien ja metalliseosten TCR .
Termistorien rakenne ja tyypit
Termistorin resistiivinen elementti valmistetaan jauhemetallurgialla joidenkin metallien oksideista , halogenideista , kalkogenideista eri malleina , esimerkiksi tankoina, putkina, kiekkoina, aluslevyinä, helmina, ohuina levyinä ja kokoina 1- 10 mikrometristä useisiin senttimetreihin .
Resistanssin lämpötilariippuvuuden tyypin mukaan termistorit erotetaan negatiivisista ( NTC - termistorit, sanoista " Negatiivinen T emperature C -kerroin " ) ja positiiviset ( PTC - termistorit, sanoista " Positiivinen T lämpötilakerroin " tai posistorit ) resistanssin lämpötilakerroin (tai TKS). Posistoreiden resistanssi kasvaa lämpötilan noustessa; NTC - termistoreilla lämpötilan nousu johtaa niiden resistanssin laskuun.
Negatiiviset TCR-termistorit ( NTC -termistorit) on valmistettu monikiteisten siirtymämetallioksidien ( esimerkiksi MnO , Co Ox , NiO ja CuO ) , A III B V -tyyppisten puolijohteiden , lasimaisten, seostettujen puolijohteiden ( Ge ja Si ) seoksesta, ja muut materiaalit. PTC -termistorit on valmistettu kiinteistä liuoksista, jotka perustuvat BaTiO 3 :een , mikä antaa positiivisen TCR:n.
Perinteisesti termistorit luokitellaan matalan lämpötilan (suunniteltu toimimaan alle 170 K lämpötiloissa ), keskilämpötilaisiin (170 - 510 K) ja korkean lämpötilan (yli 570 K) termistoreihin. Termistorit ovat käytettävissä lämpötiloissa 900-1300 K.
Termistorit pystyvät toimimaan erilaisissa ilmasto-olosuhteissa ja merkittävissä mekaanisissa kuormiuksissa. Ajan mittaan sen vaikeissa käyttöolosuhteissa, esimerkiksi lämpösyklissä, sen alkuperäiset lämpösähköiset ominaisuudet kuitenkin muuttuvat, kuten:
- nimellinen (25 °C:ssa ) sähkövastus;
- lämpötilavastuskerroin.
On myös yhdistettyjä laitteita, kuten termistoreita epäsuoralla lämmityksellä. Näissä laitteissa termistori ja siitä galvaanisesti eristetty lämmityselementti on yhdistetty yhteen koteloon , joka asettaa termistorin lämpötilan ja vastaavasti sen sähkövastuksen. Tällaisia laitteita voidaan käyttää säädettävänä vastuksena, jota ohjataan tällaisen yhdistelmälaitteen lämmityselementtiin syötetyllä jännitteellä .
Lämpötila lasketaan käyttämällä Steinhart-Hart-yhtälöä :
![{\displaystyle {1 \over T}=A+B\ln(R)+C[\ln(R)]^{3))](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/647af0694e3c498e467ff43221e0c071ddb87a9a)
missä T on lämpötila, K ;
R - vastus, ohm ;
A, B, C - termistorivakiot, jotka on määritetty kalibroinnin aikana kolmessa lämpötilapisteessä, jotka ovat vähintään 10 °C:n etäisyydellä toisistaan.
Yksi "helmi"-termistoreiden merkittävistä haitoista lämpötila-antureina on, että ne eivät ole keskenään vaihdettavissa ja vaativat yksilöllisen kalibroinnin [3] . Ei ole olemassa standardeja, jotka säätelevät niiden vastus-lämpötilaluokitusta. "Levy" termistorit voidaan vaihtaa, mutta paras sallittu virhe on vähintään 0,05 ° C alueella 0 - 70 ° C. Tyypillisellä 10 kΩ termistorilla alueella 0-100°C on kertoimet lähellä seuraavia arvoja:
; ; .
Termistorien toimintatapa ja niiden käyttö
Termistorien toimintatapa riippuu valitusta toimintapisteestä tällaisen laitteen virta-jännite-ominaiskäyrissä (tai CVC:ssä). CVC puolestaan riippuu laitteeseen sovellettavasta lämpötilasta ja termistorin suunnitteluominaisuuksista.
Termistoreja, joiden toimintapiste on asetettu CVC:n lineaariselle osalle, käytetään säätämään lämpötilan muutoksia ja kompensoimaan lämpötilamuutosten seurauksena syntyneitä sähköpiirien parametreja ( sähköjännite tai sähkövirta ). Termistoreja, joiden työpiste on asetettu CVC:n alaosaan ("negatiivisella resistanssilla"), käytetään käynnistysreleinä , aikareleinä, järjestelmissä sähkömagneettisen säteilyn tehon mittaamiseksi ja ohjaamiseksi mikroaaltotaajuuksilla (tai mikroaaltoilla), lämpösäädössä ja palohälytysjärjestelmät, asennuksissa nestemäisten ja rakeisten väliaineiden virtauksen ohjaus.
Yleisimmät ovat keskilämpötilan termistorit (joiden lämpötila TCR on -2,4 - -8,4% / K), joilla on laaja resistanssialue (1 - 10 6 ohmia ).
On olemassa myös piipohjaisia termistoreja, joilla on pieni positiivinen lämpötilavastus (tai TCR) (0,5 - 0,7 % / K) , joiden resistanssi muuttuu lähellä lineaarista lain mukaan. Tällaisia termistoreita käytetään erilaisten elektronisten järjestelmien jäähdytysjärjestelmissä ja transistorien toimintatilojen lämpötilan stabiloinnissa .
Myös PTC-termistoreja käytetään itsesäätyvinä lämmityselementteinä, joiden vastus kasvaa oman lämpötilan noustessa (PTC-lämmitin). Tällainen lämmityselementti ei koskaan ylikuumene ja pyrkii ylläpitämään vakiolämpötilaa lähellä Curie-pistettä . Lämpötila voidaan pitää vakiona käytettäessä laajaa jännite- ja ympäristölämpötila-aluetta. Lämpöteho riippuu tässä tapauksessa lämmönpoiston tehokkuudesta. Mitä tehokkaammin lämpö poistetaan, sitä suurempi on posistor-lämmittimen lämpöteho, vastaavasti myös virrankulutus on suurempi.
Katso myös
Muistiinpanot
- ↑ V. G. Gerasimov, O. M. Knyazkov, A. E. Krasnopolsky, V. V. Sukhorukov . Teollisuuselektroniikan perusteet. - M .: Higher School, 1978. - S. 17-21.
- ^ US-patentti nro 2 021 491, 19. marraskuuta 1935. Sähköisen pyrometrin vastus . Patentin kuvaus Yhdysvaltain patentti- ja tavaramerkkiviraston verkkosivuilla .
- ↑ Tietoportaali "Lämpötila". Termistorit . temperatures.ru. Käyttöpäivä: 26. lokakuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 26. lokakuuta 2016.
Kirjallisuus
- Sheftel I.T. Termistorit.
- McLean E.D. Termistorit.
- Shashkov A.G. Termistorit ja niiden sovellukset.
- Pasynkov VV, Chirkin LK Puolijohdelaitteet: Oppikirja yliopistoille. - 4. versio. ja ylimääräistä toim. - M . : Korkeakoulu, 1987. - S. 401-407. — 479 s. – 50 000 kappaletta.