NTC熱敏電（diàn）阻原（yuán）理（lǐ）及應（yīng）用

　　NTC熱敏（mǐn）電阻是指具有負溫度係數的熱敏電阻。是使用單一高純度（dù）材料（liào）、具（jù）有接近理論密度結構的高性（xìng）能陶瓷。因（yīn）此，在實（shí）現小型化的同時，還具有電（diàn）阻值（zhí）、溫度特性波動小、對各種溫度變化（huà）響應快的特（tè）點，可進行高靈敏度、高精度的檢測。本公司（sī）提供各種形狀、特性的小型、高可靠性產品，可滿足廣大客（kè）戶的應（yīng）用需求。

　　NTC負溫度係數熱（rè）敏電阻工作（zuò）原理

　　NTC是NegativeTemperatureCoefficient的（de）縮（suō）寫,意思是負的溫度係數,泛指負溫度係數很大的（de）半導體材料或元器件，所謂NTC熱敏電阻器就是負溫度係數熱敏電阻器。它是以錳、鈷、鎳和（hé）銅等金屬氧化（huà）物（wù）為主要材料，采用陶瓷（cí）工藝製造而（ér）成的。這些（xiē）金屬氧化物材料都具有半導體性質，因（yīn）為在導電方式上完全類（lèi）似鍺、矽等半導體材料。溫（wēn）度低（dī）時，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數（shù）目少，所以其電阻值較高（gāo）；隨著溫度的（de）升高，載流子數目增加（jiā），所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器（qì）在室溫下的變化範圍在10O~1000000歐姆，溫度係數-2%~-6.5%。NTC熱敏電阻器可廣泛應用於溫度測（cè）量、溫度補償、抑製（zhì）浪湧電流等場合。

　　NTC負（fù）溫度係數（shù）熱敏電阻專業術語

　　零（líng）功率電阻值RT（Ω）

　　RT指在（zài）規定溫度（dù）T時（shí），采用（yòng）引起電阻值變化相（xiàng）對於總的測（cè）量誤差來說可以忽略不計（jì）的測量功率測得的電阻值（zhí）。

　　電阻值和溫度變化（huà）的關係式為：

　　RT=RNexpB(1/T–1/TN)

　　RT：在溫度T（K）時的NTC熱敏電阻（zǔ）阻值。

　　RN：在額定溫度TN（K）時的NTC熱敏電阻阻值。

　　T：規定溫度（K）。

　　B：NTC熱敏電阻的材料常數，又叫熱敏指數。

　　exp：以自然數e為底的指數（shù）（e=2.71828…）。

　　該關係式是經驗公式，隻在額定溫度TN或額定電（diàn）阻阻值（zhí）RN的有限（xiàn）範圍內才具有一（yī）定的精確度，因為（wéi）材料（liào）常數B本身也是（shì）溫度T的函（hán）數（shù）。

　　額定零功率電阻值R25（Ω）

　　根據國標規定，額定零功率電阻值是（shì）NTC熱敏（mǐn）電阻在基準（zhǔn）溫度25℃時測得的電阻值R25，這個電阻值就是NTC熱敏電阻的標稱電阻值。通（tōng）常所說NTC熱敏電阻多少阻值，亦指該值。

　　材料常數（熱敏指數）B值（K）

　　B值被（bèi）定義為：

　　RT1：溫度（dù）T1（K）時的（de）零功率電（diàn）阻值。

　　RT2：溫度T2（K）時的零功率電阻值。

　　T1，T2：兩個（gè）被指定的溫度（K）。

　　對於常用的（de）NTC熱敏電阻，B值範圍一般在2000K～6000K之間。

　　零功率電阻溫度係數（αT）

　　在規定溫（wēn）度下，NTC熱敏電阻零動功率電阻值的相對變化與引起該變化的（de）溫度變化值之比值。

　　αT：溫度T（K）時的零功率電阻溫度係數。

　　RT：溫（wēn）度T（K）時的零功率電阻值。

　　T：溫度（T）。

　　B：材料常數。

　　耗散係數（δ）

　　在規定環境溫度下，NTC熱敏電阻耗散係數是電阻中耗散的功率變化與（yǔ）電阻體相應的（de）溫度變化之比值。

　　δ：NTC熱敏電阻（zǔ）耗散係數，（mW/K）。

　　△P：NTC熱敏電（diàn）阻消耗的功率（mW）。

　　△T：NTC熱（rè）敏電（diàn）阻消耗功率△P時（shí），電（diàn）阻體相（xiàng）應的溫度變化（K）。

　　熱時間常數(τ)

　　在零功（gōng）率條件下，當溫度突變（biàn）時，熱敏電阻的（de）溫度變化了始未兩個溫度差的63.2%時所需的時間，熱（rè）時間常數與NTC熱敏電阻的（de）熱容量（liàng）成正比，與其耗散係數成反比。

　　τ：熱時間常數（S）。

　　C：NTC熱敏電阻的熱容（róng）量。

　　δ：NTC熱敏電阻的耗散係數。

　　額定功率Pn

　　在規定的技術條件下（xià），熱敏電阻器長期連續工作所（suǒ）允許消耗的功率。在此功（gōng）率下，電阻體自（zì）身溫度不超過其最高（gāo）工作溫度。

　　最高工作溫度Tmax

　　在規（guī）定的技術條件下，熱敏電阻器能長期連續工（gōng）作（zuò）所允（yǔn）許的最高溫度。即:

　　T0-環境溫度。

　　測量功率（lǜ）Pm

　　熱敏（mǐn）電阻在規定的環境溫度下，阻體（tǐ）受測量電流加熱引起（qǐ）的（de）阻（zǔ）值變化相對於總的測（cè）量誤差來說可以（yǐ）忽略不（bú）計時所消耗的功率。

　　一般要求（qiú）阻（zǔ）值變化（huà）大於0.1%，則這時的測量功率Pm為：

　　電阻溫度特性

　　NTC熱敏電阻的溫度特性可用（yòng）下式近似（sì）表示：

　　式中：

　　RT：溫度T時零功率電阻值。

　　A：與熱敏電阻器材料物理特性及幾何尺寸有關的係數。

　　B：B值。

　　T：溫度（k）。

　　更精（jīng）確的表（biǎo）達式為：

　　式中：RT：熱敏電阻器在溫（wēn）度T時的零功率電阻值（zhí）。

　　T：為絕對溫度值，K；

　　A、B、C、D：為特定的（de）常數（shù）。

　　熱敏電阻的基本特性電阻－溫度特性熱敏電阻的電阻－溫度特性可近似地用式1表示。

　　(式1)R=Roexp{B(I/T-I/To)}

　　R

　　   

　　:溫度T(K)時的（de）電阻值

　　Ro

　　   

　　:溫度T0(K)時的電阻值

　　B

　　   

　　:B值

　　*T(K)=t(ºC)+273.15

　　但實（shí）際上，熱敏電阻的B值（zhí）並非是（shì）恒定的（de），其變化大小因材料（liào）構成而異，最大甚至可達5K/°C。因此在較大的溫（wēn）度範圍內應用式（shì）1時，將與實測值之間存在一定誤差。

　　此處，若將式1中的B值用式2所示的作為溫度的（de）函數計算時，則可降低（dī）與實測值之間的誤差，可認為近似（sì）相等。

　　(式2)BT=CT2+DT+E

　　上式中，C、D、E為常數。

　　另（lìng）外，因生產條件不同造成（chéng）的（de）B值的波動（dòng）會（huì）引起常數E發生變化，但常數（shù）C、D不變。因此，在探討B值的波動量時，隻需考慮常數E即可。

　　•常數C、D、E的計算

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

　　首先由式樣3根據T0和T1,T2,T3的電阻值求出（chū）B1,B2,B3,然後代入以下各式樣。

　　•電阻值計算例

　　試根據電阻－溫度特性表，求25°C時的電阻值（zhí）為5(kΩ)，B值偏差為50(K)的熱敏電（diàn）阻在10°C～30°C的電阻值（zhí）。

　　•步驟

　　(1)根（gēn）據電阻－溫度（dù）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)將數值代入（rù）R=5exp{(BTI/T-I/298.15)}，求R。

　　*T:10+273.15～30+273.15

　　•電阻－溫度特性圖（tú）如圖1所示

　　電阻（zǔ）溫度係數（shù）所謂電阻溫度係數(α)，是（shì）指在任意（yì）溫度下溫（wēn）度變（biàn）化1°C(K)時的零負載電阻變化率。電阻溫度係（xì）數(α)與（yǔ）B值的（de）關係，可將式1微分得到。

　　這裏α前的負號（hào）(－)，表示當（dāng）溫度上升時（shí）零負載電阻降低。

　　散熱係數(JIS-C2570)散熱係數(δ)是指在（zài）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（lǜ）。

　　在熱平衡狀（zhuàng）態下，熱敏（mǐn）電阻的溫度T1、環境溫度T2及消耗功率P之間關（guān）係如（rú）下式所示。

　　產品目錄（lù）記載值為下列測定條件下的典型值。

　　(1)

　　   

　　25°C靜止空氣中。

　　(2)

　　   

　　軸向引（yǐn）腳、經向引腳型在出廠狀態下測定。

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

　　產品目錄記（jì）載值是以25°C為額定（dìng）環境溫度、由下式計（jì）算出的值。

　　(式)額定功率=散熱係數×（最高使用溫度－25）

　　最大運（yùn）行功率最大運行功率=t×散熱係數…(3.3)

　　這是使用熱敏電阻進行（háng）溫度檢測或溫（wēn）度補償時，自身發熱產生的溫度上（shàng）升容許值所對應功率（lǜ）。(JIS中未定義（yì）。)容許溫度上升t°C時，最大運行（háng）功率可由下式計（jì）算。

　　應環境溫度變化的熱響應（yīng）時間常數(JIS-C2570)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（yǔ）最終溫度兩（liǎng）者溫度差的63.2%的溫度變化所需的時間（jiān）。

　　熱敏電阻的環境溫（wēn）度（dù）從T1變為T2時（shí），經過時間t與熱敏電阻的溫度T之間（jiān）存在以下關係。

　　T=

　　   

　　(T1-T2)exp(-t/τ)+T2......(3.1)

　　   

　　(T2-T1){1-exp(-t/τ)}+T1.....(3.2)

　　常（cháng）數τ稱熱響應時（shí）間常數。

　　上式（shì）中（zhōng），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（suǒ）需（xū）的時間即為熱響應時間常數。

　　經過時間與熱（rè）敏電（diàn）阻溫度變化率的關係如下表所示。

　　產品目（mù）錄記錄值為下列測定條件（jiàn）下的典型值。

　　(1)

　　   

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

　　(2)

　　   

　　軸向引腳、徑向引腳型在出廠狀態（tài）下測定。

　　另外應注意（yì），散熱係數、熱響應時間常數隨環境溫度、組裝條件而（ér）變化。

　　NTC負溫度係數熱敏電阻R-T特性

　　B值相同，阻值不同（tóng）的R-T特性曲線示意圖

　　相同阻值，不同B值的NTC熱敏電阻R-T特性（xìng）曲線示意圖

　　溫度測量、控製用NTC熱敏電阻器

　　外形結構（gòu）

　　環氧封裝係列NTC熱敏電阻

　　玻璃封裝（zhuāng）係列NTC熱敏電（diàn）阻

　　應用電路原理圖

　　溫度測量（liàng）（惠斯登電橋電路（lù））

　　溫（wēn）度控製

　　應用設計

　　·電子溫（wēn）度計、電子萬年曆、電子鍾溫度顯示（shì）、電子禮品（pǐn）；

　　·冷（lěng）暖設（shè）備、加熱恒溫電器；

　　·汽車電子溫度測（cè）控電路；

　　·溫度傳感器、溫度（dù）儀表；

　　·醫療電子設備、電子盥洗設備；

　　·手機電池及充電電器。

　　溫度補償用NTC熱敏電阻器

　　產品概述（shù）

　　許多半導體和ICs有溫度係數而且要求溫度補償，以在較大的溫度範圍中達到（dào）穩（wěn）定性能的作（zuò）用，由於NTC熱（rè）敏電阻器有較高的溫度係（xì）數，所以廣泛應用（yòng）於溫度補（bǔ）償。

　　主要參（cān）數

　　額定零功率電阻值R25(Ω)

　　R25允許偏差（%）

　　B值(25/50℃)/（K）

　　時間常數≤30S

　　耗散係數（shù）≥6mW/℃

　　測量功率≤0.1mW

　　額定功率≤0.5W

　　使用溫（wēn）度範圍-55℃~+125℃

　　降功耗曲線：