熱敏電阻的介紹及原理

 隨著電子產品向小型化、輕量化、薄型化及多功能化方向發展，印制電路板上元器件組裝密度越來越大，要求元器件體積越來越小，促使元器件向片式化、集成化方向發展，貼片式元器件和表面組裝技術的應用日益廣泛。在電路系統中*重要的三種元件—電阻、電容器和電感器中，*先實現片式化的*是電阻。

熱敏電阻

熱敏電阻是電阻值對溫度極為敏感的一種電阻，也稱為半導體熱敏電阻，是熱敏元件同時又是敏感電阻的一個種類。熱敏電阻的主要特點是對溫度靈敏度高、熱惰性小、壽命長、體積小、結構簡單、可以有不同的外形，成為目前應用十分廣泛的敏感電阻。

熱敏電阻的主要參數

熱敏電阻有如下幾個主要參數：

（1）標稱電阻值R1：它是指元件上所標注的電阻值，也稱為零功率電阻值，是指在25℃時采用引起電阻值變化不超過0.1%所測得的電阻值，故常用R25℃來表示（單位為Ω）。

（2）額定功率：熱敏電阻在規定的技術條件下，長期連續工作所允許消耗的功率稱為額定功率，一般用PE表示（單位為W）。廠家在參數表中提供的額定功率值是指在25℃時的功率值。當溫度高于25℃時，應當降額使用。

（3）電阻溫度系數：它是指在零功率條件下，溫度每變化1℃時電阻值的變化量，一般用αT表示，單位為1/℃。若溫度變化前的電阻值是R，溫度變化后電阻值的變化量為△RT，溫度變化量為△T，則電阻溫度系數可表示為αT=（△RT/R）△T。

（4）轉變點溫度：一般指臨界熱敏電阻和開關型正溫度系數熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線上的拐點溫度，通常用Tc表示，單位為℃或K。轉變點溫度也稱為居里點溫度。

熱敏電阻的分類

熱敏電阻的種類繁多，按照電阻值溫度系數分正溫度系數熱敏電阻（PTC）和負溫度系數熱敏電阻（NTC）兩大類；按其阻值隨溫度變化的大小可分為緩變型（即線性）和突變型（即非線性）；按其受熱方式不同可分為直熱式和旁熱式，按其工作溫度范圍可分為常溫型（-55 to 315℃）、低溫型（＜-55℃）和高溫型（＞315℃）三大類；按所用材料可分為陶瓷熱敏電阻、半導體（單晶）熱敏電阻、金屬膜熱敏電阻、塑料熱敏電阻、碳化硅（SiC）熱敏電阻和玻璃態熱敏電阻等；按其結構不同可分為棒狀、球狀、墊圈狀、盤狀、珠狀、線管狀、圓片、方片及薄膜與厚膜等熱敏電阻；按其封裝形式可分為傳統引線式（適用于通孔式焊接）和貼片式（適用于表面組裝）兩種形式。圖1所示為幾種熱敏電阻的外形。

NTC熱敏電阻

NTC熱敏電阻是采用多晶金屬如鐵、鈷、鎳、銅、錳、鈦、釩等氧化物半導體制成的，其電阻值隨溫度升高而降低。NTC熱敏電阻在電路中常用作溫度補償、溫度檢測與控制的感溫元件，也用作浪涌電流限制器。NTC熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線如圖2所示。不同材料制成的NTC熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線存在一些差異，但其共同點*是都具有負的溫度系數，范圍一般為-（1～6）×10-2/℃。限制浪涌電流用NTC熱敏電阻通常連接在橋式整流器輸入線路上，如圖3所示。在接通AC線路之后，將有一個非常大的電流對平滑濾波電容器充電。由于NTC熱敏元件（RT）的接入，其在室溫下的電阻較大，對浪通電流起限制作用。隨RT溫度升高，其電阻值急劇降低，對輸入電流的影響很小。

圖2

圖3

PTC熱敏電阻

PTC是Positive Temperature Coefficient的縮寫，為正溫度系數的意思。它包括：突變型（階躍型）PTC熱敏電阻器及緩變型（線性）PTC熱敏電阻器兩種。其突變型（階躍型）PTC熱敏電阻器又細分兩類，一類為陶瓷PTC熱敏電阻器（CPTC），在BaTiO3，V2O5，BN等材料中摻入半導化元素后都可發現PTC效應。目前得到廣泛應用的是BaTiO3系PTC熱敏電阻器；第二類是有機高分子PTC熱敏電阻器（PPTC），在聚乙烯高分子材料中摻入碳黑形成PTC效應。這里介紹的是BaTiO3系PTC熱敏電阻器，屬于典型的直熱式階躍型正溫度系數熱敏電阻器，當溫度增加到居里溫度以上時，其電阻值呈階躍式增加，可達到4～10個數量級。溫度的變化可以由流過熱敏電阻的電流來獲得，也可以由外界輸入熱能或者這二者的迭加來獲得。

圖4

熱敏電阻的應用

熱敏電阻可作為電子線路元件用于儀表線路溫度補償和溫差電偶冷端溫度補償等。利用NTC熱敏電阻的自熱特性可實現自動增益控制，構成RC振蕩器穩幅電路，延遲電路和保護電路。在自熱溫度遠大于環境溫度時阻值還與環境的散熱條件有關，因此在流速計、流量計、氣體分析儀、熱導分析中常利用熱敏電阻這一特性，制成專用的檢測元件。PTC熱敏電阻主要用于電器設備的過熱保護、無觸點繼電器、恒溫、自動增益控制、電機啟動、時間延遲、彩色電視自動消磁、火災報*和溫度補償等方面。