Termistory PTC

Termistory PTC opierają swoje działanie na właściwościach objętościowych domieszkowanego krzemu i charakteryzują się niemal liniową krzywą rezystancja–temperatura. Najczęściej wytwarza się je z wysokooczyszczonych płytek krzemowych. Przebieg krzywej zależy od rodzaju i ilości zastosowanej domieszki.

Przełączające się kaltleitery produkuje się z materiałów polikrystalicznych. Zazwyczaj zawierają one mieszaniny węglanu baru, tlenku tytanu oraz dodatków, takich jak tantal, dwutlenek krzemu czy mangan. Surowce są mielone, mieszane, prasowane w postaci krążków lub prostokątnych kształtek, a następnie spiekane. Kolejnym etapem jest nanoszenie kontaktów, powłok lub osłon ochronnych. Cały proces wymaga precyzyjnej kontroli czystości, ponieważ nawet minimalne zanieczyszczenia – na poziomie kilku części na milion – mogą znacząco zmienić właściwości cieplne i elektryczne elementu.

Polimerowe termistory PTC składają się z płytek z tworzywa sztucznego z zatopionymi ziarnami węgla. W niskiej temperaturze cząstki węgla pozostają w bliskim kontakcie, tworząc przewodzącą ścieżkę w strukturze elementu. Wraz ze wzrostem temperatury tworzywo rozszerza się, a odległości między ziarnami rosną, co powoduje zwiększenie całkowitej rezystancji.

W zależności od zastosowania termistory PTC mogą pracować w dwóch trybach: samonagrzewania oraz próbkowania, nazywanego także trybem zerowej mocy.

Tryb samonagrzewania

W tym przypadku wykorzystuje się zjawisko wzrostu temperatury termistora pod wpływem przyłożonego napięcia i przepływu odpowiedniego prądu. W pobliżu temperatury Curie rezystancja gwałtownie rośnie, co prowadzi do istotnego ograniczenia prądu. Zmiana oporu w tym zakresie może obejmować kilka rzędów wielkości w przedziale zaledwie kilku stopni. Przy stałym napięciu prąd stabilizuje się na określonym poziomie po osiągnięciu równowagi cieplnej. Temperatura równowagi zależy od wartości napięcia oraz zdolności odprowadzania ciepła. Tryb ten znajduje zastosowanie m.in. w układach opóźniających zależnych od temperatury.
 

Tryb próbkowania (zerowej mocy)

W tym trybie pobór prądu przez termistor jest tak niski, że praktycznie nie wpływa na jego temperaturę ani rezystancję. Dlatego wykorzystywany jest głównie do pomiaru temperatury, gdzie charakterystyka rezystancja–temperatura (R–T) służy jako punkt odniesienia.

Temperatura przejścia

PTC o charakterze przełączającym mają do punktu minimalnej rezystancji niewielki ujemny współczynnik temperaturowy. Powyżej tego punktu rezystancja rośnie wraz z temperaturą, aż do osiągnięcia temperatury przejścia. Nazywa się ją również temperaturą przełączania lub temperaturą Curie. To właśnie w tym momencie rezystancja gwałtownie zaczyna wzrastać. W praktyce temperatura Curie oznacza wartość, przy której rezystancja jest dwukrotnie większa od minimalnej..
 

Rezystancja minimalna

Najniższa wartość rezystancji, jaką można zmierzyć na danym elemencie PTC.
 

Rezystancja znamionowa

Określana zazwyczaj jako rezystancja w temperaturze 25°C. Służy do klasyfikacji czujników według ich wartości rezystancji. Pomiar odbywa się przy niskim prądzie, aby uniknąć samonagrzewania i zafałszowania wyniku.
 

Stała strat mocy

Wskazuje zależność między mocą doprowadzoną do elementu a wzrostem jego temperatury spowodowanym samonagrzewaniem. Wartość tej stałej zależy m.in. od materiałów przewodów wyprowadzeniowych, sposobu montażu, temperatury otoczenia, przewodnictwa cieplnego, konwekcji, a także wielkości i kształtu elementu. Stała strat mocy w dużym stopniu wpływa na poziom nagrzewania się termistora.
 

Prąd znamionowy

Maksymalny prąd, jaki może w sposób ciągły przepływać przez termistor PTC w określonych warunkach otoczenia. Jego wartość zależy od stałej strat mocy oraz krzywej R-T. Przekroczenie dopuszczalnego obciążenia prowadzi do spadku współczynnika temperaturowego, nadmiernego nagrzania i uszkodzenia elementu.
 

Napięcie znamionowe

Najwyższe napięcie, jakie można trwale przyłożyć do termistora PTC w określonych warunkach otoczenia. Podobnie jak prąd znamionowy, zależy ono od stałej strat mocy oraz krzywej R-T.