Budowa, parametry i zastosowanie termistorów NTC, PTC i CTR
Termistory
Termistor NTC jest nieliniowym rezystorem, którego rezystancja zależna jest silnie od temperatury materiału oporowego. Jak wskazuje angielska nazwa – Negative Temperaturę Coefficient – termistor posiada ujemny współczynnik temperaturowy, czyli rezystancja maleje ze wzrostem temperatury. Charakterystykę R(T) termistorów NTC z wystarczającym w praktyce przybliżeniem opisuje zależność:
w której T jest temperaturą termistora w kelwinach (K), To jest temperaturą odniesienia zwykle 298 K (w katalogach elementów często stosuje się indeks 298 lub 25, jako że temperatura 298 K odpowiada temperaturze 25°C), Ro jest wartością rezystancji termistora w temperaturze To oraz B jest stałą materiałową termistora mającą wartość 2000-6000 K.
Termistory NTC są zbudowane z polikrystalicznych półprzewodników, które stanowią mieszaniny związków chromu, manganu, żelaza, kobaltu, niklu i miedzi. Są zmieszane z plastycznym środkiem wiążącym.
Termistory NTC stosuje się do np. pomiarów i regulacji temperatury, kompensacji temperaturowej, opóźnienia czasowego i ograniczenia prądów rozruchu.
Termistor PTC ma dodatni współczynnik temperaturowy, tzn. jego rezystancja wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Produkowane są one w podobny sposób jak termistory NTC, ale ich podstawą jest BaTiO3 oraz SrTiO3, które domieszkuje się z różnymi związkami chemicznymi. Poprzez obfite dodanie tlenu w czasie procesu chłodzenia, otrzymuje się silnie dodatni współczynnik temperaturowy. Rezystancja nieco maleje przy niskich temperaturach, ale po przekroczeniu punktu Curie materiału (Tc) – silnie wzrasta.
Temperatura przemiany (Tsw) jest to temperatura, przy której wartość rezystancji równa jest dwukrotnej wartości rezystancji minimalnej. Termistory PTC produkowane są z temperaturą Tsw pomiędzy 25 i 160°C (aż do 270°C, o ile są one produkowane jako elementy grzewcze).
Współczynnik temperaturowy oznacza maksymalny współczynnik temperaturowy termistora PTC w tej części charakterystyki, w której jest ona najbardziej stroma.
Poniżej pokazane są przykładowe charakterystyki obu typów termistorów:
Bardzo ważne jest, aby nie przekraczać maksymalnego napięcia. Może wówczas nastąpić przebicie i termistor zostanie zniszczony. Nie można także szeregowo łączyć wielu termistorów PTC, aby osiągnąć wyższą wytrzymałość napięciową. Znaczny spadek napięcia powstanie i tak na jednym termistorze i on właśnie zostanie wtedy uszkodzony.
Termistory PTC stosuje się jako zabezpieczenia przeciwko nadmiernemu prądowi np. w silnikach elektrycznych, samoregulujących elementach grzewczych, do obwodu rozmagnesowania w telewizorach kolorowych, obwodach opóźniających i do wskazywania temperatury.
Termistor CTR (ang. critical temperature resistor) jest nieliniowym rezystorem, o skokowej zmianie rezystancji w wąskim przedziale temperatury. Podobnie jak NTC charakteryzują się ujemnym współczynnikiem temperaturowym rezystancji, z tą jednak różnicą, że w termistorze CTR po osiągnięciu wartości temperatur krytycznej następuje skokowe zmniejszenie rezystancji termistora, a tym samym raptowne zmalenie spadku napicia na nim.
Termistory CTR wytwarzane są z tlenków wanadu (VO2) lub tytanu (TiO2).