電阻－溫度特性

 

NTC熱敏電阻的電阻－溫度特性曲線如下圖：

 

 

通常我們用以下幾個參數來定義該曲線：

 

R25: 25℃時NTC本體的電阻值

 

B值：材料常數
，是用來表示NTC在工作溫度範圍內阻值隨溫度變化幅度的參數
，與材料的成分和燒結工藝有關。另外NTC的B值會受溫度變化的影響，因此通常我們會選取曲線上兩個溫度點來計算。表示B值時要把選取的溫度點標明
，如B25/85。B值越大表明阻值隨溫度的升高降低得越快
，B值越小則相反。如下圖：

 

 

ɑ值：所謂電阻溫度係數(α)，是指在任意溫度下溫度變化1°C時的零負載電阻變化率。電阻溫度係數(α)與B值的關係，可用下式表示：

 

 

這裏α前的負號(－)，表示當溫度上升時零負載電阻降低。

 

以上三個參數是我們在選擇NTC時應該初步了解的參數
，下麵我們對其他參數也做一些介紹。

 

散熱係數 

 

散熱係數(δ)是指在熱平衡狀態下，熱敏電阻元件通過自身發熱使其溫度上升1°C時所需的功率。

 

在熱平衡狀態下，熱敏電阻的溫度T1、環境溫度T2及消耗功率P之間關係如下式所示。

 

 

規格中的數值一般為25°C靜止空氣條件下測定的典型值。

 

最大功率

 

在額定環境溫度下，可連續負載運行的功率最大值, 也稱“額定功率”。

 

通常是以25°C為額定環境溫度
、由下式計算出的值。

 

額定功率=散熱係數×（最高使用溫度－25°C） 

 

對應環境溫度變化的熱響應時間常數

 

指在零負載狀態下，當熱敏電阻的環境溫度發生急劇變化時，熱敏電阻元件產生最初溫度與最終溫度兩者溫度差的63.2%的溫度變化所需的時間。熱敏電阻的環境溫度從T1變為T2時，經過時間t與熱敏電阻的溫度T之間存在以下關係。

 

 

常數τ稱為熱響應時間常數。

 

上式中，若令t=τ時
，則(T-T1)/(T2-T1)=0.632。

 

換言之，如上麵的定義所述，熱敏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數。

 

經過時間與熱敏電阻溫度變化率的關係如下表所示。

 

 

通常為下列測定條件下的典型值。 靜止空氣中環境溫度從25°C至85°C變化時，熱敏電阻的溫度變化至62.9°C所需時間。另外應注意
，散熱係數、熱響應時間常數隨環境溫度、組裝條件而變化。

 

NTC的阻值公差及相應的溫度公差

 

NTC的阻值公差在不同溫度下是不一樣的，如下麵的計算公式
，不同溫度下阻值公差受常溫下阻值R25公差和B值公差影響。阻值的變化如下麵的曲線所示：

 

 

當NTC用來做溫度檢測時，通常我們需要了解NTC可以支持的溫度公差，這樣我們就需要進行轉換，用阻值公差除以ɑ溫度係數
，公式如下：

 

 

NTC的R-T表

 

NTC的R-T表是電子工程師在設計電路時必須要得到的信息

，表格是通過公式計算出來的， 所以溫度間隔可以自由設定，鑒於NTC檢測溫度的精度，通常溫度間隔設為1°C。例如下表：

 

 

NTC在電路中的應用

 

在深入了解了NTC的基本參數後，我們再來簡單看看如何在電路中使用NTC。

 

當NTCyonglaizuowendujiance，jiankonghuozhebuchangshi，tongchangxuyaochuanlianyigedianzu，zuzhidexuanzekegenjuxuyaozhongdianjiancedewenduquyuheliuguodedianliudaxiaolaijueding，yibanqingkuangxiahuichuanlianyigeheNTC常溫電阻值一樣的電阻，並且保證流過的電流要足夠小以免產生自熱，影響檢測精度。檢測到的信號是NTC電阻上的分壓，如果希望得到分壓與溫度的曲線更加線性，可以采用下麵的電路。

 

 

通過調整Rs和Rp 就可以獲得更加線性的曲線
，如下圖：

 

 

NTC 在使用中需要注意的事項如下

 

1.一定要加合適的串聯電阻，不然NTC使用的時候會發生熱崩潰，因為電流流過NTC會發熱，如果熱量不能及時耗散掉，NTC的溫度會升高，然後阻值下降，這時電流會顯著增加
，NTC會變得更熱
，這樣循環最終可能導致NTC被燒毀，甚至起火。

 

2.NTC的端部電極通常由Ag組成，在使用不當時會發生銀遷移，導致NTC短路。使用中要避免NTC接觸到水。

 

3.焊接時的高溫會造成NTC不可逆的阻值漂移
，一些情況下可能會造成5%的漂移，所以盡量避免高溫焊接。

 

4.NTC SMD是由陶瓷構成，安裝時可能會造成斷裂，如下圖：

 

 

貼片NTC的結構及比較

 

貼片NTC是目前市場上最常用的NTC封裝方式，由於生產工藝不同，其主流產品的結構主要分為以下三種。

 

1.厚膜貼片型
，結構如下：

 

 

用厚膜工藝+燒結而成，製造商主要是Tateyama，KOA等。

 

2.疊層貼片型，結構如下：

 

先製備陶瓷薄片，然後疊加在一起，工藝與MLCC類似，帶有內部電極，主要製造商有Murata, TDK等。

 

 

3.實心陶瓷貼片型，結構如下：

 

 

工藝十分古老，陶瓷燒結成磚型，然後做精密的機械切割，最後做電極，主要製造商有EPCOS，Vishay等。

 

下麵我們把三種產品做一個簡單的性能比較，如下表：

 

 

厚膜工藝的貼片NTC是shi較jiao新xin的de工gong藝yi技ji術shu
，但dan它ta在zai反fan應ying速su度du，長chang期qi的de穩wen定ding性xing，可ke靠kao性xing方fang麵mian的de表biao現xian都dou優you於yu其qi他ta結jie構gou的de產chan品pin
，另ling外wai在zai價jia格ge上shang也ye十shi分fen具ju有you優you勢shi，未wei來lai的de應ying用yong中zhong可ke能neng會hui成cheng為wei主zhu流liu的de應ying用yong方fang案an。

作者：開步呂工

 

 

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