NTC熱敏電阻（zǔ）原理及應用

　　NTC熱（rè）敏電阻（zǔ）是指具有負溫度（dù）係數的熱敏（mǐn）電阻。是使用單一高純度材料、具有接近理（lǐ）論密度結構的高（gāo）性（xìng）能陶（táo）瓷。因此，在實（shí）現小型（xíng）化的同時（shí），還具有電阻值、溫（wēn）度特性（xìng）波動小、對各種溫度變化響應快的特點，可進行高（gāo）靈敏度、高精度（dù）的檢測。本公司提供各種（zhǒng）形狀、特性的小型、高可靠性（xìng）產品，可滿足廣大客戶的應用需求。

　　NTC負溫（wēn）度係數熱敏電（diàn）阻工作原理

　　NTC是NegativeTemperatureCoefficient的縮寫,意思是（shì）負（fù）的（de）溫度係數,泛指（zhǐ）負溫度係（xì）數很大的半導（dǎo）體材料或（huò）元器（qì）件，所（suǒ）謂NTC熱敏電阻器就是負溫度（dù）係數熱（rè）敏電阻器（qì）。它是以錳、鈷（gǔ）、鎳和銅等金屬氧（yǎng）化物為主要材料，采用陶瓷工藝製造而成的。這些金屬氧化（huà）物材料都具有（yǒu）半導體性質，因為在導電方式（shì）上完全（quán）類似鍺、矽等半導體材（cái）料。溫度低時，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數目（mù）少，所（suǒ）以其電阻值較高；隨著溫（wēn）度的升（shēng）高，載（zǎi）流子數目增（zēng）加，所以電阻值降低。NTC熱敏（mǐn）電阻（zǔ）器在室溫下的變化範圍在10O~1000000歐姆，溫度係數-2%~-6.5%。NTC熱敏電阻器（qì）可廣泛應用於溫（wēn）度測量、溫（wēn）度補償（cháng）、抑製浪湧（yǒng）電流等場合（hé）。

　　NTC負溫度係數熱敏電阻專業術語

　　零（líng）功率電阻（zǔ）值（zhí）RT（Ω）

　　RT指（zhǐ）在（zài）規定溫度T時，采用（yòng）引起電阻值（zhí）變化相對於總的測量（liàng）誤差（chà）來說可以忽略不計（jì）的測量功率測得的電阻值。

　　電阻值和溫度變化的關係式為（wéi）：

　　RT=RNexpB(1/T–1/TN)

　　RT：在溫度T（K）時的NTC熱敏電阻阻值。

　　RN：在（zài）額（é）定溫度TN（K）時的NTC熱敏電（diàn）阻阻值。

　　T：規定溫度（dù）（K）。

　　B：NTC熱敏電阻的材料（liào）常數，又叫（jiào）熱敏指數。

　　exp：以自然（rán）數e為底的指數（e=2.71828…）。

　　該關（guān）係式是經（jīng）驗公式，隻在（zài）額定溫（wēn）度TN或額定（dìng）電阻（zǔ）阻值RN的有限範圍內才（cái）具有一定的精確度（dù），因為材料常數（shù）B本身也是溫度T的（de）函數（shù）。

　　額（é）定零功率（lǜ）電（diàn）阻值（zhí）R25（Ω）

　　根據國（guó）標規（guī）定，額定零功率電阻值是NTC熱敏電（diàn）阻（zǔ）在基準溫度25℃時（shí）測得的電阻值R25，這個電阻值（zhí）就是NTC熱敏電（diàn）阻的（de）標稱電阻值。通常所說NTC熱敏電（diàn）阻（zǔ）多少阻值，亦指該值。

　　材料常數（熱敏指數）B值（zhí）（K）

　　B值被定義為：

　　RT1：溫度T1（K）時的零功率電阻值。

　　RT2：溫度（dù）T2（K）時的零功率（lǜ）電阻值。

　　T1，T2：兩個被（bèi）指定的（de）溫度（K）。

　　對於常用的（de）NTC熱（rè）敏電阻，B值（zhí）範圍（wéi）一般在2000K～6000K之（zhī）間。

　　零功（gōng）率電阻（zǔ）溫度係數（αT）

　　在規定（dìng）溫度下，NTC熱（rè）敏電阻（zǔ）零動功（gōng）率（lǜ）電阻值的相對變化與引起該變化的溫（wēn）度（dù）變化值之比值（zhí）。

　　αT：溫度T（K）時的零功率電阻溫度係數。

　　RT：溫度（dù）T（K）時的零功率電阻值。

　　T：溫（wēn）度（T）。

　　B：材料常數（shù）。

　　耗散係數（δ）

　　在規定環（huán）境（jìng）溫度下，NTC熱（rè）敏電阻耗（hào）散係數是電阻（zǔ）中（zhōng）耗散的功率變化與電阻體相應的溫度（dù）變化（huà）之比值。

　　δ：NTC熱敏電阻耗散係（xì）數，（mW/K）。

　　△P：NTC熱敏電阻消耗的功率（mW）。

　　△T：NTC熱敏電（diàn）阻消耗功率△P時，電阻體相應的溫度變化（K）。

　　熱時間（jiān）常數（shù）(τ)

　　在零功率條（tiáo）件下，當溫度（dù）突變時（shí），熱敏電阻的溫度（dù）變化了始未（wèi）兩個溫度（dù）差的63.2%時所需的時間，熱時間常數與NTC熱敏電阻的熱容量成正比，與其耗散係數成反比。

　　τ：熱時間常（cháng）數（S）。

　　C：NTC熱敏電阻的熱容量。

　　δ：NTC熱敏（mǐn）電阻的（de）耗散係數（shù）。

　　額定功率Pn

　　在規定（dìng）的技術條件下，熱（rè）敏電阻器（qì）長期連續工作所允許消（xiāo）耗的功（gōng）率。在此功率下（xià），電阻體自（zì）身溫（wēn）度不（bú）超過其最高工作（zuò）溫度。

　　最高工作溫（wēn）度Tmax

　　在（zài）規定的技術條件下（xià），熱（rè）敏電阻器能長期連續工作所允許的最高溫（wēn）度（dù）。即:

　　T0-環境溫度（dù）。

　　測量功率Pm

　　熱敏電阻在規定（dìng）的環境（jìng）溫（wēn）度下（xià），阻（zǔ）體受測量電流加（jiā）熱引起的（de）阻值變化（huà）相（xiàng）對於（yú）總（zǒng）的測量誤差來說（shuō）可以忽（hū）略（luè）不計時（shí）所消耗的功率（lǜ）。

　　一般要求阻值變（biàn）化大於0.1%，則（zé）這時的測量功率Pm為：

　　電阻溫度（dù）特性

　　NTC熱敏電阻的（de）溫度特性可用（yòng）下式近（jìn）似表示：

　　式中（zhōng）：

　　RT：溫度（dù）T時（shí）零功（gōng）率電阻值。

　　A：與熱敏電阻器材料（liào）物理（lǐ）特（tè）性及幾何尺寸有關（guān）的係數。

　　B：B值。

　　T：溫度（dù）（k）。

　　更精確的表達式為：

　　式中：RT：熱敏（mǐn）電（diàn）阻器在溫度（dù）T時（shí）的零功率電阻值。

　　T：為（wéi）絕對溫度值，K；

　　A、B、C、D：為特定（dìng）的常（cháng）數。

　　熱敏電阻的基本特性電阻－溫度（dù）特（tè）性熱（rè）敏電阻的（de）電（diàn）阻－溫度（dù）特性可（kě）近（jìn）似地用式1表示（shì）。

　　(式1)R=Roexp{B(I/T-I/To)}

　　R

　　   

　　:溫（wēn）度T(K)時的電（diàn）阻值

　　Ro

　　   

　　:溫度T0(K)時（shí）的電阻值

　　B

　　   

　　:B值

　　*T(K)=t(ºC)+273.15

　　但實際上，熱敏電阻的B值並（bìng）非是（shì）恒定（dìng）的（de），其變化大小因材料構（gòu）成（chéng）而異，最大甚至可達5K/°C。因（yīn）此在較大的（de）溫（wēn）度範圍內（nèi）應用式1時，將與實測值之間存在（zài）一定誤差（chà）。

　　此處，若將（jiāng）式1中的B值用式2所示（shì）的作為溫度的函數（shù）計算時，則（zé）可降低與（yǔ）實（shí）測值之間（jiān）的誤（wù）差，可認為近似相等。

　　(式2)BT=CT2+DT+E

　　上（shàng）式中，C、D、E為常數。

　　另外，因生產條（tiáo）件不同造成的B值的波（bō）動會引起常數E發生變（biàn）化，但常數C、D不變。因此，在（zài）探討B值的波動量時，隻需考慮常數E即可（kě）。

　　•常數C、D、E的計（jì）算

　　常（cháng）數C、D、E可由4點的(溫度、電阻（zǔ）值)數（shù）據(T0,R0).(T1,R1).(T2,R2)and(T3,R3)，通過式3～6計算（suàn）。

　　首先由式樣3根據T0和T1,T2,T3的（de）電（diàn）阻值求出B1,B2,B3,然後（hòu）代入（rù）以下各式樣。

　　•電阻值計算例

　　試根（gēn）據電阻－溫度（dù）特（tè）性（xìng）表，求25°C時（shí）的電阻值（zhí）為5(kΩ)，B值偏差為50(K)的熱敏電阻在（zài）10°C～30°C的（de）電阻值。

　　•步（bù）驟

　　(1)根據（jù）電阻－溫度特性表，求常數C、D、E。

　　To=25+273.15T1=10+273.15T2=20+273.15T3=30+273.15(2)代入BT=CT2+DT+E+50，求BT。

　　(3)將數值代（dài）入R=5exp{(BTI/T-I/298.15)}，求R。

　　*T:10+273.15～30+273.15

　　•電阻－溫度特性圖如圖1所（suǒ）示

　　電阻溫度係數所謂電（diàn）阻（zǔ）溫（wēn）度係數(α)，是指在任意溫度下溫度變化1°C(K)時的（de）零負載電阻變化率（lǜ）。電阻溫（wēn）度係數(α)與（yǔ）B值（zhí）的關（guān）係（xì），可將式1微（wēi）分得到。

　　這裏α前（qián）的負號(－)，表示當溫度上升時零負載電阻降低。

　　散熱係數(JIS-C2570)散熱（rè）係數(δ)是指在熱平衡狀態（tài）下，熱敏電阻元件通過（guò）自（zì）身（shēn）發熱使（shǐ）其溫度上升1°C時（shí）所需（xū）的功率。

　　在熱（rè）平衡狀（zhuàng）態下，熱敏電阻的溫度T1、環（huán）境溫度T2及消耗（hào）功（gōng）率P之間關係如下式所（suǒ）示。

　　產品目錄記載值為下（xià）列測定（dìng）條件下（xià）的典型（xíng）值。

　　(1)

　　   

　　25°C靜止空氣中。

　　(2)

　　   

　　軸向（xiàng）引（yǐn）腳、經向引腳型在出廠（chǎng）狀態下測定。

　　額（é）定功率(JIS-C2570)在額定環境溫度下，可連續負載運行的（de）功率（lǜ）最大值。

　　產品目錄記載值是（shì）以25°C為額定（dìng）環（huán）境溫度、由下式（shì）計算出的值（zhí）。

　　(式)額定功率=散熱係數×（最高使用溫度－25）

　　最大運行功率最大（dà）運行功率=t×散熱係數…(3.3)

　　這是使用熱敏電阻進行溫度檢（jiǎn）測或溫度補償時，自（zì）身（shēn）發熱產（chǎn）生的溫（wēn）度上（shàng）升容許值所對（duì）應功率（lǜ）。(JIS中（zhōng）未定義。)容（róng）許（xǔ）溫度上升t°C時，最大運（yùn）行功（gōng）率可由下式計算。

　　應環境溫度變（biàn）化的熱響應時間常數(JIS-C2570)指在零負載（zǎi）狀（zhuàng）態下，當熱敏電阻的環境溫（wēn）度發生急劇變化時，熱敏電阻元件（jiàn）產生最（zuì）初溫度（dù）與最終溫度兩者溫度差的63.2%的溫度變化所需的時間。

　　熱敏電阻（zǔ）的環境溫度從（cóng）T1變為（wéi）T2時，經過時間（jiān）t與熱敏電阻的溫度T之間（jiān）存（cún）在以下關係。

　　T=

　　   

　　(T1-T2)exp(-t/τ)+T2......(3.1)

　　   

　　(T2-T1){1-exp(-t/τ)}+T1.....(3.2)

　　常數τ稱熱響應時間常數。

　　上式中，若（ruò）令t=τ時，則(T-T1)/(T2-T1)=0.632。

　　換言之，如上麵的定義所述，熱敏（mǐn）電阻產生初始溫度差63.2%的溫度變化所需的時間即為熱響應時間常（cháng）數。

　　經過時間與（yǔ）熱敏電阻溫（wēn）度（dù）變（biàn）化率的關係如下（xià）表所（suǒ）示。

　　產品目錄記錄值為（wéi）下（xià）列測定條件下的典（diǎn）型值（zhí）。

　　(1)

　　   

　　靜（jìng）止空氣中環境溫（wēn）度從50°C至25°C變化（huà）時，熱敏電阻的溫度（dù）變（biàn）化至34.2°C所需時（shí）間。

　　(2)

　　   

　　軸（zhóu）向引腳、徑向引腳（jiǎo）型在出廠狀態下測定（dìng）。

　　另外應（yīng）注（zhù）意，散熱（rè）係數（shù）、熱（rè）響應時（shí）間常數隨環境溫度、組裝條件而變化。

　　NTC負溫度（dù）係（xì）數熱敏電阻R-T特性

　　B值相同，阻值（zhí）不同的R-T特（tè）性曲（qǔ）線（xiàn）示意圖

　　相同阻值，不同B值的NTC熱敏電阻R-T特性曲線示意圖

　　溫（wēn）度測（cè）量、控製用NTC熱敏電阻（zǔ）器

　　外形結（jié）構

　　環氧封（fēng）裝係列NTC熱敏電阻（zǔ）

　　玻璃封裝係列NTC熱敏電阻（zǔ）

　　應用（yòng）電路（lù）原理圖

　　溫度（dù）測量（惠斯登電（diàn）橋（qiáo）電路）

　　溫度控（kòng）製（zhì）

　　應（yīng）用設計（jì）

　　·電（diàn）子溫（wēn）度（dù）計、電子萬年（nián）曆、電子鍾溫度顯示、電子禮品；

　　·冷暖設備、加熱恒溫（wēn）電（diàn）器；

　　·汽（qì）車電子溫度測控電路；

　　·溫（wēn）度傳（chuán）感器、溫度儀表；

　　·醫療（liáo）電子設備、電子盥（guàn）洗設（shè）備；

　　·手機電池及（jí）充（chōng）電（diàn）電（diàn）器（qì）。

　　溫度補償用NTC熱敏電（diàn）阻器（qì）

　　產品概述

　　許多半導體和ICs有溫度係（xì）數而且要求溫度補償，以在較大的溫度範圍（wéi）中達到穩定（dìng）性能的作用（yòng），由於NTC熱（rè）敏電阻器有較高（gāo）的溫度係（xì）數（shù），所以（yǐ）廣泛應用（yòng）於溫度（dù）補償。

　　主要參數

　　額定（dìng）零功率電阻（zǔ）值R25(Ω)

　　R25允許偏差（%）

　　B值(25/50℃)/（K）

　　時間常數≤30S

　　耗散（sàn）係數（shù）≥6mW/℃

　　測量功率（lǜ）≤0.1mW

　　額定（dìng）功（gōng）率≤0.5W

　　使用（yòng）溫度範圍-55℃~+125℃

　　降功耗曲（qǔ）線：