NTC热敏电阻

开关陶瓷PTC热敏电阻和线性硅PTC热敏电阻的相关特性

发布时间:2019-03-13    文章来源:敏创原创    点击次数:
线性硅PTC热敏电阻和开关陶瓷PTC热敏电阻
正温度系数PTC热敏电阻分为两大类。第一类包括热敏硅电阻,有时也称为“硅电阻”。这些器件在其大部分工作范围内表现出相当均匀的正温度系数(约+ 0.77%/℃),但在温度超过150℃时也会表现出负温度系数区域。这些设备最常用于温度测量和温度补偿。

图1。线性硅PTC热敏电阻和开关陶瓷PTC热敏电阻的RT特性
 
另一个主要类别,以及我们将在本节中重点介绍的类别,称为开关PTC热敏电阻。这些器件是多晶陶瓷材料,通常具有高电阻性,但通过添加掺杂剂使其成为半导体。它们通常使用钡,铅和钛酸锶与添加剂如钇,锰,钽和二氧化硅的组合物制造。
开关PTC热敏电阻具有电阻 - 温度特性,在器件达到临界温度之前表现出非常小的负温度系数,即所谓的“居里”,开关或转变温度。当接近该临界温度时,器件开始表现出升高的正温度系数电阻以及电阻的大幅增加。在几度的温度范围内,电阻变化可以达到几个数量级。

开关陶瓷PTC热敏电阻3特性
PTC热敏电阻电阻与温度RT特性
PTC热敏电阻电阻与温度的关系是指PTC热敏电阻的零功率电阻与PTC热敏电阻体温在指定电压下的关系。应使用低输出阻抗的脉冲电源和稳定的输出幅度在超级槽中测量零功率电阻。测量电流引起的PTC热敏电阻的温升应该受到限制,可以忽略不计。


图2 PTC热敏电阻的电阻与温度曲线

Rn - 室温零功率电阻
Rmin - 最小零功率电阻
Tb - 居里温度
Rb - 开关电阻值Rb = 2Rn
Rmax - 最大阻力
Tp - Poise点温度
β - 升阻比为LgRmax / Rmin
 
PTC热敏电阻的电阻由晶粒电阻和晶界过渡电阻组成。特别是在炎热状态下,强势障碍正在决定阻力。因此,施加到PTC热敏电阻的较高电压主要在晶界处下降,结果是在此处占主导地位的高场强导致势垒的破坏并因此产生较低的电阻。势垒越强,这种“压敏电阻效应”对电阻的影响就越大。低于参考温度,在没有如此标记结点的情况下,大部分施加的电压被晶粒电阻吸收。因此,晶界处的场强减小,并且压敏电阻效应非常弱。
图3显示了电阻对场强的典型依赖性。可以看出,在温度Tmax下R(E1),R(E2)和R(E3)之间的电阻差异最大,因此在最大电阻的区域中。
 
图3.场强E对PTC热敏电阻的影响R / T特性
(压敏电阻效应)aR1> aR2> aR3

由于这种依赖于场强的正温度系数,只有采用适当的技术(晶粒尺寸)和结构(器件厚度)措施为此目的设计的PTC热敏电阻才能在高电源电压下工作。
在AC电压下测量的阻抗随着频率的增加而降低。PTC电阻对不同频率温度的依赖关系如图3所示。因此,在AF和RF范围内使用PTC热敏电阻是不可能的,这意味着应用仅限于直流和线路频率操作。

图4.频率对PTC热敏电阻RT特性的影响。
 
PTC热敏电阻电压与电流VI特性
电气负载PTC热敏电阻的特性(在自加热模式下)由I / V特性比R / T曲线更好地描述(见图4)。它说明了在25℃的静止空气中热稳态下的电压和电流之间的关系,除非指定了另一个温度。
图5. PTC热敏电阻电流电压特性

图6显示了两个不同环境温度T1和T2的同一个PTC热敏电阻的两个I / V特性,T1 <T2。在较高温度下,PTC热敏电阻具有较高的电阻值,尽管条件相同。因此,它携带的电流更少。因此T2的曲线低于T1的曲线。击穿电压也取决于环境温度。如果后者较高,则PTC热敏电阻达到临界温度,在较低功率或工作电压下发生击穿。因此VBD2低于VBD1。

图7 PTC热敏电阻电压特性测量电路


图8 PTC热敏电阻电流时间特性测量电路

随着初始电流的增加,PTC热敏电阻的工作时间急剧减少。此外,工作时间与PTC热敏电阻的电阻温度系数,施加电压和热容量有关。下图说明了PTC热敏电阻的当前时间特性。

图9某些PTC热敏电阻的开关时间(参数:不同的几何形状)与开关电流(在静止空气中25℃下测量)


图10 PTC热敏电阻的电流时间特性(AC)


图11 PTC热敏电阻的电流时间特性(直流,环境温度变化)




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