Điện trở nhiệt và điện trở là gì và chúng được sử dụng ở đâu

Nhiệt điện trở là linh kiện bán dẫn có điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ. Được phát minh vào năm 1930 bởi nhà khoa học Samuel Reuben, thành phần này vẫn được sử dụng rộng rãi trong công nghệ.

Điện trở nhiệt được làm bằng các vật liệu khác nhau, hệ số nhiệt độ của điện trở (TCR) khá cao - vượt trội đáng kể so với hợp kim kim loại và kim loại nguyên chất, tức là từ các chất bán dẫn đặc biệt, cụ thể.

Trực tiếp, phần tử điện trở chính thu được bằng phương pháp luyện kim bột, xử lý chalcogenua, halogenua và oxit của một số kim loại, tạo cho chúng các hình dạng khác nhau, ví dụ, ở dạng đĩa hoặc thanh có kích thước khác nhau, vòng đệm lớn, ống trung bình, tấm mỏng, hạt nhỏ , có kích thước từ vài micromet đến hàng chục milimét...

Theo bản chất của mối tương quan giữa điện trở của phần tử và nhiệt độ của nó, họ chia nhiệt điện trở thành hai nhóm lớn - điện trở và điện trở nhiệt.Điện trở nhiệt có TCS dương (vì lý do này, điện trở nhiệt còn được gọi là điện trở nhiệt PTC) và điện trở nhiệt có TCS âm (đó là lý do tại sao chúng được gọi là điện trở nhiệt NTC).

Thermistor — điện trở phụ thuộc nhiệt độ làm bằng vật liệu bán dẫn có hệ số nhiệt độ âm và độ nhạy cao, posistor — điện trở phụ thuộc nhiệt độ có hệ số dương. Do đó, khi nhiệt độ của phần thân của điện trở tăng lên, điện trở của nó giảm xuống và khi nhiệt độ của điện trở nhiệt tăng lên, điện trở của nó sẽ giảm theo.

Vật liệu cho nhiệt điện trở ngày nay là: hỗn hợp các oxit đa tinh thể của các kim loại chuyển tiếp như coban, mangan, đồng và niken, các hợp chất loại IIIIBV, cũng như các chất bán dẫn pha tạp, thủy tinh như silic và gecmani và một số chất khác. Đáng chú ý là posistor dung dịch rắn bari titanat.

Thermistors có thể được phân loại như:

• Lớp nhiệt độ thấp (nhiệt độ hoạt động dưới 170 K);

• Lớp nhiệt độ trung bình (nhiệt độ hoạt động từ 170 K đến 510 K);

• Lớp nhiệt độ cao (nhiệt độ hoạt động từ 570 K trở lên);

• Một lớp nhiệt độ cao riêng biệt (nhiệt độ hoạt động từ 900 K đến 1300 K).

Tất cả các yếu tố này, cả nhiệt điện trở và điện trở posistor, có thể hoạt động trong các điều kiện khí hậu bên ngoài khác nhau và dưới tải trọng vật lý bên ngoài và dòng điện đáng kể. Tuy nhiên, trong quá trình điều nhiệt khắc nghiệt, các đặc tính nhiệt điện ban đầu của chúng, chẳng hạn như điện trở nhiệt độ phòng danh nghĩa và hệ số điện trở nhiệt, thay đổi theo thời gian.

Ngoài ra còn có các thành phần kết hợp, ví dụ, nhiệt điện trở được làm nóng gián tiếp... Vỏ của các thiết bị như vậy chứa chính điện trở nhiệt và một bộ phận làm nóng cách ly bằng điện, đặt nhiệt độ ban đầu của nhiệt điện trở và theo đó, điện trở ban đầu của nó.

Các thiết bị này được sử dụng như biến trở được điều khiển bởi điện áp đặt vào phần tử đốt nóng của nhiệt điện trở.

Tùy thuộc vào cách chọn điểm hoạt động của đặc tính I - V của một thành phần nhất định, chế độ hoạt động của nhiệt điện trở trong mạch cũng được xác định. Và bản thân đặc tính I - V có liên quan đến đặc tính thiết kế và nhiệt độ áp dụng cho nhà ở của thành phần.

Để kiểm soát dao động nhiệt độ và bù cho các tham số thay đổi linh hoạt, chẳng hạn như dòng điện chạy qua và điện áp đặt trong mạch điện, thay đổi sau khi thay đổi điều kiện nhiệt độ, nhiệt điện trở được sử dụng với điểm vận hành được đặt trên phần tuyến tính của I - V đặc trưng .

Nhưng theo truyền thống, điểm vận hành được đặt trên phần giảm của đặc tính I - V (điện trở nhiệt NTC) nếu nhiệt điện trở được sử dụng, ví dụ, làm bộ khởi động, rơle thời gian, trong hệ thống theo dõi và đo cường độ bức xạ vi sóng, trong hệ thống báo cháy, kiểm soát nhiệt, trong cài đặt để kiểm soát dòng chảy của chất lỏng và khối lượng lớn.

Các điện trở nhiệt và điện trở nhiệt độ trung bình phổ biến nhất hiện nay với TCS từ -2,4 đến -8,4% ở 1 K... Chúng hoạt động trên nhiều dải điện trở từ ôm đến megohm.

Có các posistor với TCR tương đối thấp từ 0,5% đến 0,7% ở 1K được làm trên cơ sở silicon. Điện trở của chúng thay đổi gần như tuyến tính.Các posistor như vậy được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống ổn định nhiệt độ và trong các hệ thống làm mát tích cực của các công tắc bán dẫn công suất trong các thiết bị điện tử hiện đại khác nhau, đặc biệt là trong các thiết bị mạnh. Các thành phần này dễ dàng phù hợp với sơ đồ và không chiếm nhiều không gian bảng.

Một điện trở điển hình có dạng đĩa gốm, đôi khi một số phần tử được lắp nối tiếp trong một trường hợp, nhưng thường xuyên hơn là ở một biến thể trong lớp phủ men bảo vệ. Posistor thường được sử dụng làm cầu chì để bảo vệ mạch điện khỏi quá điện áp và dòng điện, cũng như cảm biến nhiệt độ và các phần tử tự ổn định do tính không phô trương và ổn định vật lý của chúng.

Điện trở nhiệt được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực điện tử, đặc biệt là khi việc kiểm soát chính xác quá trình nhiệt độ là rất quan trọng. Điều này áp dụng cho thiết bị truyền dữ liệu, công nghệ máy tính, bộ xử lý hiệu suất cao và thiết bị công nghiệp có độ chính xác cao.

Một trong những ví dụ đơn giản và phổ biến nhất của các ứng dụng nhiệt điện trở là giới hạn dòng khởi động hiệu quả. Hiện tại, điện áp được cung cấp cho nguồn điện từ nguồn điện, cực kỳ sắc nét điện tích điện dung đáng kể và dòng điện nạp lớn chạy trong mạch sơ cấp, có thể làm cháy cầu đi-ốt.

Dòng điện này ở đây và nó bị giới hạn bởi nhiệt điện trở, tức là thành phần mạch này thay đổi điện trở tùy thuộc vào dòng điện chạy qua nó, vì theo định luật Ôm, nó nóng lên. Sau đó, nhiệt điện trở phục hồi điện trở ban đầu sau vài phút, ngay khi nó nguội xuống nhiệt độ phòng.