Co je termistor a kde se používá?

Termistor je polovodičová součástka, jejíž odpor závisí na teplotě. V závislosti na typu prvku se odpor může při zahřívání zvyšovat nebo snižovat. Existují dva typy termistorů:

• NTC (Negative Temperature Coefficient) – se záporným teplotním koeficientem odporu (TCR). Často se jim říká „termistory“.
• PTC (Positive Temperature Coefficient) – s kladným TCS. Říká se jim také “Pozistory”.

Důležité! Teplotní koeficient elektrického odporu je závislost odporu na teplotě. Popisuje, o kolik ohmů nebo procent nominální hodnoty se změní odpor prvku, když se jeho teplota zvýší o 1 stupeň Celsia. Například klasické rezistory mají kladný TCR (při zahřívání se zvyšuje odpor vodičů).

Termistory jsou nízkoteplotní (do 170K), středněteplotní (170-510K) a vysokoteplotní (900-1300K). Tělo prvku může být vyrobeno z plastu, skla, kovu nebo keramiky.

Konvenční grafické označení termistorů ve schématu připomíná běžné odpory, jen s tím rozdílem, že jsou přeškrtnuté proužkem a u nich je uvedeno písmeno t.

To je mimochodem označení pro jakékoliv rezistory, jejichž odpor se vlivem prostředí mění a druh ovlivňujících veličin je označen písmenem, t – teplota.

• Nominální odolnost při 25 stupních Celsia.
• Maximální proud nebo ztrátový výkon.
• Rozsah provozních teplot.
• TKS.

Zajímavým faktem: Termistor vynalezl v roce 1930 vědec Samuel Ruben.

Pojďme se blíže podívat na to, jak každý z nich funguje a proč je každý z nich potřebný.

NTC

Základní informace

Odpor NTC termistorů při zahřívání klesá, jejich TCR je negativní. Závislost odporu na teplotě ukazuje graf níže.

Zde vidíte, že při zahřátí klesá odpor NTC termistoru.

Takové termistory jsou vyrobeny z polovodičů. Princip činnosti spočívá v tom, že s rostoucí teplotou se zvyšuje koncentrace nosičů náboje, elektrony se pohybují do vodivostního pásma. Kromě polovodičů se používají oxidy přechodných kovů.

Věnujte pozornost takovému parametru, jako je koeficient beta. Bere se v úvahu při použití termistoru k měření teploty, ke zprůměrování grafu odporu proti teplotě a k provádění výpočtů pomocí mikrokontrolérů. Níže můžete vidět rovnici beta pro aproximaci křivky odporu termistoru.

Zajímavé: Ve většině případů se termistory používají v teplotním rozsahu 25-200 stupňů Celsia. V souladu s tím mohou být použity pro měření v těchto rozsazích, zatímco termočlánky pracují také při 600 stupních Celsia.

Kde se používá

Termistory se záporným TCR se často používají k omezení startovacích proudů elektromotorů, startovacích relé, k ochraně proti přehřátí lithiových baterií a v napájecích zdrojích ke snížení nabíjecích proudů vstupního filtru (kapacitního).

Výše uvedené schéma ukazuje příklad použití termistoru v napájecím zdroji. Tato aplikace se nazývá přímý ohřev (kdy se prvek sám zahřívá, když jím prochází proud). Na desce napájecího zdroje vypadá NTC rezistor takto.

Na obrázku níže můžete vidět, jak NTC termistor vypadá. Může se lišit velikostí, tvarem a méně často i barvou, nejčastější jsou zelená, modrá a černá.

Omezení startovacího proudu elektromotorů pomocí NTC termistoru se v domácích spotřebičích rozšířilo díky své snadné implementaci. Je známo, že při startování může motor spotřebovávat proud několikanásobně až desetinásobně vyšší, než je jeho jmenovitá spotřeba, zejména pokud motor není startován na volnoběh, ale pod zatížením.

Princip fungování tohoto schématu:

Když je termistor studený, jeho odpor je velký, zapneme motor a proud v obvodu je omezen aktivním odporem termistoru. Tento prvek se postupně zahřívá a jeho odpor klesá a motor se vrací do provozního režimu. Termistor je zvolen tak, že za tepla je odpor blízký nule. Na fotografii níže vidíte spálený termistor na desce mlýnku na maso Zelmer, kde je toto řešení použito.

Nevýhodou tohoto provedení je, že při restartu, kdy termistor ještě nevychladl, nedochází k omezení proudu.

Pro ochranu žárovek je neobvyklé amatérské použití termistoru. Níže uvedený diagram ukazuje možnost omezení proudového rázu při rozsvícení takových žárovek.

Pokud je k měření teploty použit termistor, nazývá se tento provozní režim nepřímý ohřev, tzn. je vytápěna externím zdrojem tepla.

Zajímavé: Termistory nemají žádnou polaritu, takže je lze použít v obvodech se stejnosměrným i střídavým proudem bez obav z přepólování.

značkování

Termistory mohou být označeny buď abecedně, nebo obsahují barevné značení ve formě kroužků, kroužků nebo pruhů. Způsobů písmenného označení je přitom mnoho – záleží na výrobci a typu konkrétního prvku. Jedna z možností:

V praxi, pokud se používá k omezení zapínacího proudu, se nejčastěji vyskytují diskové termistory, které jsou označeny takto:

5D-20

Kde první číslo označuje odpor při 25 stupních Celsia – 5 Ohmů a „20“ je průměr, čím větší je, tím více energie může rozptýlit. Příklad toho můžete vidět na obrázku níže:

K rozluštění barevných značek můžete použít níže uvedenou tabulku.

Vzhledem k velkému množství možností značení můžete při dekódování udělat chybu, takže pro přesné dekódování je lepší vyhledat technickou dokumentaci pro konkrétní komponent na webu výrobce.

PTC

Základní informace

PTC rezistory, jak bylo řečeno, mají pozitivní TCR, to znamená, že jejich odpor se při zahřívání zvyšuje. Jsou vyrobeny z titaničitanu barnatého (BaTiO₃). Pozistor má následující graf teploty a odporu:

Kromě toho musíte věnovat pozornost jeho charakteristikám proudového napětí:

Provozní režim závisí na volbě pracovního bodu pozistoru na charakteristice proud-napětí, například:

• Lineární řez se používá k měření teploty;
• Sekce po proudu se používá u spouštěcích relé, časových relé, měření EMI výkonu v mikrovlnách, požárních poplachů a dalších.

Rozsah použití pozistorů je poměrně široký. Používají se především v obvodech pro ochranu zařízení a zařízení před přehřátím nebo přetížením, méně často pro měření teploty a také jako autostabilizační topná tělesa. Stručně si uveďme příklady použití:

1. Ochrana elektromotoru. PTC termistor instalovaný v přední části každého vinutí elektromotoru (u jednorychlostního třífázového 3, u dvourychlostního 6 atd.) zabraňuje vyhoření vinutí v případě zaseknutí rotoru nebo selhání systému nuceného chlazení . Jak toto schéma funguje? Pozistor se používá jako snímač připojený k řídicímu zařízení s výkonnými relé, spouštěči a stykači. V případě nouze se jeho odpor zvýší a tento signál se přenese do řídícího orgánu, motor se vypne.
2. Pro ochranu vinutí transformátoru před přehřátím a (nebo) přetížením je pozistor instalován v sérii s primárním vinutím.
3. Demagnetizační systém pro obrazovky CRT televizorů a monitorů. Mimochodem, tato část často selhává a při opravách je třeba se setkat s tímto případem, v tomto případě selže pojistka.
4. Topné těleso v lepicích pistolích. Například v autech pro zahřátí sacího traktu níže uvedená fotografie ukazuje XX kanálové topení karburátoru Pierburg.

Termistory jsou skupina zařízení, která dokážou převádět teplotu na elektrický signál, který se čte měřením poklesu napětí nebo proudu v obvodu, kde je instalován. Nebo sami mohou být regulačním orgánem, pokud to jeho parametry umožňují. Jednoduchost a dostupnost těchto zařízení umožňuje jejich široké využití jak pro profesionální návrh zařízení, tak pro radioamatérskou praxi.