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混合、成型、燒結等工藝制成的接近理論密度(4.8g/cm3)結構的半導體電子陶瓷。

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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上述關系可采用下式的指數關系表示:

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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，與熱敏電阻的半導體材料和加工工藝有關。

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關系變化，在較大溫度范圍內，阻值與溫度的關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)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為測溫范圍內最低溫度時熱敏電阻的阻值，RT3為溫度范圍內最高溫度時的阻值，而RT2為溫度范圍內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有：最大穩(wěn)態(tài)電流、R25阻值、耗散系數、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，為兩個溫度下零功率電阻值的自然對數之差與這兩個溫度的倒數之差的比值，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: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: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。

一般熱時間常數與耗散系數乘積越大，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