Tipi di termistori, dettagli caratteristici e principio di funzionamento

Il nome del termistore è stato concepito come una forma abbreviata per il 'resistore sensibile al calore'. La forma completa del termistore fornisce l'idea generale e dettagliata dell'azione che è la caratteristica del termistore.

Di: S. Prakash

I vari diversi tipi di dispositivi in ​​cui viene utilizzato il termistore comprendono un'ampia gamma di dispositivi come sensori di temperatura e circuiti elettronici in cui forniscono la compensazione della temperatura.

Sebbene l'uso del termistore non sia comune come i transistor, resistori e condensatori di forma ordinaria, il campo elettronico utilizza i termistori su larga scala.

Simbolo del circuito del termistore

Il simbolo utilizzato dal termistore per il suo riconoscimento è il simbolo del circuito a sé stante.

Il simbolo del circuito di un termistore è costituito da una base composta da un rettangolo di resistenza standard insieme a una linea diagonale che passa attraverso la base e consiste in una sezione verticale di piccole dimensioni.

Gli schemi circuitali utilizzano ampiamente il simbolo del circuito del termistore.

Tipi di termistore

Il termistore può essere suddiviso in vari tipi e categorie in base a una serie di modi diversi.

Questi modi in cui devono essere classificati si basano in primo luogo sul modo in cui il termistore reagisce all'esposizione al calore.

La resistenza di alcuni dei condensatori aumenta con l'aumentare della temperatura mentre il contrario si osserva negli altri tipi di termistore con conseguente diminuzione della resistenza.

Questa idea può essere ampliata dalla curva del termistore che può essere rappresentata da un'equazione di forma semplice:

Relazione tra resistenza e temperatura

ΔR = k x & ΔT

L'equazione di cui sopra costituisce:

ΔR = variazione della resistenza osservata

ΔT = variazione della temperatura osservata

k = coefficiente di resistenza della temperatura del primo ordine

Nella maggior parte dei casi esiste una relazione non lineare tra la resistenza e la temperatura. Ma con i vari piccoli cambiamenti nella resistenza e nella temperatura, c'è un cambiamento anche nella relazione che si osserva e la relazione diventa di natura lineare.

Il valore della “k” può essere positivo o negativo a seconda del tipo di termistore.

Termistore NTC (Termistore con coefficiente di temperatura negativo): La proprietà del termistore NTC gli consente di diminuire la sua resistenza con l'aumento della temperatura e quindi il fattore 'k' per il termistore NTC è negativo.

Termistore PTC (Termistore a coefficiente di temperatura positivo): La proprietà del termistore NTC gli consente di aumentare la sua resistenza con l'aumento della temperatura e quindi il fattore 'k' per il termistore NTC è positivo.

Un altro modo in cui il termistore può essere differenziato e classificato a parte la loro caratteristica di variazione della resistenza dipende dal tipo di materiale utilizzato per il termistore. Il materiale utilizzato è di due tipi principali:

Semiconduttori monocristallini

Composti di natura metallica come gli ossidi

Termistore: sviluppo e storia

Il fenomeno della variazione osservata nel resistore a causa delle variazioni di temperatura è stato dimostrato all'inizio del XIX secolo.

Ci sono molti modi in cui il termistore ha continuato ad essere utilizzato fino ad oggi. Ma la maggior parte di questi termistori soffre dell'inconveniente di poter mostrare piccolissime variazioni di resistenza in corrispondenza dell'ampio range di temperatura.

L'uso dei semiconduttori è generalmente implicito nei termistori che consentono ai termistori di mostrare maggiori variazioni di resistenza in corrispondenza dell'ampio intervallo di temperatura.

I materiali utilizzati per la fabbricazione del termistore sono di due tipi, compresi i composti metallici che sono stati i primi materiali ad essere scoperti per il termistore.

Nel 1833, misurando la variazione della resistenza rispetto alla temperatura del solfuro d'argento, Faraday scoprì il coefficiente di temperatura negativo. Ma la disponibilità commerciale degli ossidi metallici su larga scala avvenne solo negli anni Quaranta.

Le indagini sul termistore al silicio e sul termistore al germanio a cristalli furono condotte dopo la seconda guerra mondiale mentre era in corso lo studio dei materiali semiconduttori.

Sebbene il semiconduttore e gli ossidi metallici siano due tipi di termistori, gli intervalli di temperatura da essi coperti sono diversi e quindi non devono necessariamente competere.

Composizione e struttura del termistore

Sulla base delle applicazioni in cui il termistore deve essere utilizzato insieme all'intervallo dell'intervallo di temperatura su cui il termistore opererà, vengono decise le dimensioni, le forme e il tipo di materiale utilizzato per fabbricare il termistore.

Nel caso di applicazioni in cui la superficie piana necessita di essere in costante contatto con il termistore la forma del termistore in questi casi è di dischi piatti.

Nel caso in cui ci siano sonde di temperatura per le quali è necessario realizzare il termistore, la forma del termistore è sotto forma di aste o perle. Pertanto, i requisiti che sono aderenti alle applicazioni per le quali verrà utilizzato il termistore determinano l'effettiva forma fisica del termistore.

L'intervallo di temperatura per il quale viene utilizzato il termistore del tipo a ossido metallico è 200-700 K.

Il componente che viene utilizzato per fabbricare questi termistori si trova nella versione di una polvere fine che viene sinterizzata e compressa ad una temperatura molto elevata.

I materiali più comunemente usati per questi termistori includono ossido di nichel, ossido ferrico, ossido di manganese, ossido di rame e ossido di cobalto.

Le temperature per le quali vengono utilizzati i termistori a semiconduttore sono molto basse. I termistori al silicio sono usati meno frequentemente dei termistori al germanio che sono usati più ampiamente per le temperature che sono nell'intervallo che è al di sotto dell'intervallo di 100º dello zero assoluto, cioè 100K.

La temperatura per la quale si può utilizzare il termistore al silicio è al massimo di 250K. Se la temperatura aumenta di oltre 250 K, il termistore al silicio subisce l'impostazione dei coefficienti di temperatura positivi. Un singolo cristallo viene utilizzato per fabbricare il termistore in cui il livello al quale viene effettuato il drogaggio del cristallo è 10 ^ 16 - 10 ^ 17 / cm3.

Applicazioni del termistore

Il termistore può essere utilizzato per molti diversi tipi di applicazioni e ci sono molte altre applicazioni in cui si trovano.

La caratteristica più interessante del termistore che li rende popolari per essere utilizzati nei circuiti è che gli elementi da essi forniti nei circuiti sono molto convenienti poiché funzionano in modo efficace e tuttavia sono disponibili a un prezzo economico.

Il fatto che il coefficiente di temperatura sia negativo o positivo determina le applicazioni in cui il termistore può essere utilizzato.

Nel caso in cui il coefficiente di temperatura sia negativo, il termistore può essere utilizzato per le seguenti applicazioni:

Termometri di temperatura molto bassa: i termistori vengono utilizzati per misurare la temperatura di livelli molto bassi nei termometri di temperatura molto bassa.

Termostati digitali: i termostati digitali dei giorni nostri utilizzano ampiamente e comunemente i termistori.

Monitoraggio del pacco batteria: la temperatura dei pacchi batteria per tutto il periodo in cui vengono caricati viene monitorato attraverso l'uso dei termistori NTC.

Alcune delle batterie utilizzate nell'industria moderna sono sensibili al sovraccarico, comprese le batterie agli ioni di litio ampiamente utilizzate. In tali batterie il loro stato di carica è effettivamente indicato dalla temperatura e quindi consente la determinazione del tempo in cui il ciclo di carica deve essere terminato.

Dispositivi di protezione da sbalzi: i circuiti di alimentazione utilizzano il Termistori NTC sotto forma di dispositivi che limitano la corrente di spunto.

I termistori NTC mentre agiscono come dispositivi di protezione contro lo sbalzo impediscono il flusso di grandi quantità di corrente nel punto di accensione e forniscono un livello iniziale di elevata resistenza.

Dopo questo, il termistore viene riscaldato e quindi il livello iniziale di resistenza da esso fornito diminuisce sostanzialmente, consentendo così il flusso di elevate quantità di corrente durante il normale funzionamento del circuito.

I termistori utilizzati per lo scopo di questa applicazione sono progettati di conseguenza e quindi la loro dimensione è maggiore rispetto ai termistori del tipo di misura.

Nel caso in cui il coefficiente di temperatura sia positivo, il termistore può essere utilizzato per le seguenti applicazioni:

Dispositivi di limitazione della corrente: I circuiti elettronici utilizzano i termistori PTC sotto forma di dispositivi di limitazione della corrente.

I termistori PTC fungono da dispositivo alternativo al fusibile più comunemente utilizzato. Non ci sono effetti indesiderati o indebiti causati dal calore generato in piccole quantità quando il dispositivo subisce un flusso di corrente in condizioni normali.

Ma nel caso in cui il flusso della corrente attraverso il dispositivo sia molto grande, potrebbe causare un aumento della resistenza poiché il calore potrebbe non essere dissipato nell'ambiente poiché il dispositivo potrebbe non essere in grado di farlo.

Ciò si traduce nella generazione di più calore producendo così un fenomeno di effetto feedback positivo. Il dispositivo è protetto da tale calore e dalle fluttuazioni di corrente poiché la caduta di corrente si osserva quando si aumenta la resistenza.

Le applicazioni in cui possono essere utilizzati i termistori sono di ampia gamma. I termistori possono essere utilizzati per rilevare le temperature in modo affidabile, economico (conveniente) e semplice.

I vari dispositivi in ​​cui possono essere utilizzati i termistori includono termostati e allarmi antincendio. I termistori possono essere utilizzati anche da soli insieme all'unisono di altri dispositivi. In quest'ultimo caso, il termistore può essere utilizzato per fornire una precisione di gradi elevati rendendolo parte del ponte di Wheatstone.

Inoltre, i termistori vengono utilizzati sotto forma di dispositivi di compensazione della temperatura.

In una grande percentuale delle resistenze si ha un aumento della resistenza che si osserva con un corrispondente aumento della temperatura dovuto al loro coefficiente di temperatura positivo.

Nel caso in cui vi sia un elevato requisito di stabilità da parte delle applicazioni, viene utilizzato il termistore che possiede un coefficiente di temperatura negativo. Ciò si ottiene quando il circuito incorpora il termistore per contrastare gli effetti dei componenti prodotti a causa del loro coefficiente di temperatura positivo.