Un termistore è un tipo di resistore la cui resistenza varia in modo significativo con la temperatura. In qualità di fornitore di componenti elettronici, incontro spesso clienti interessati alle proprietà dei termistori, poiché queste proprietà determinano le loro applicazioni in vari circuiti elettronici. In questo blog approfondirò le proprietà chiave dei termistori e ne discuterò le implicazioni nell'uso pratico.
1. Relazione temperatura – resistenza
La proprietà fondamentale di un termistore è la relazione temperatura-resistenza. Esistono due tipi principali di termistori basati su questa relazione: termistori con coefficiente di temperatura negativo (NTC) e termistori con coefficiente di temperatura positivo (PTC).
Termistori NTC
I termistori NTC sono il tipo più comunemente utilizzato. La loro resistenza diminuisce all'aumentare della temperatura. Questo perché in un termistore NTC, all'aumentare della temperatura, più portatori di carica (elettroni o lacune) vengono rilasciati nella banda di conduzione a causa dell'eccitazione termica. La relazione matematica tra resistenza ($R_T$) e temperatura ($T$) per un termistore NTC può essere approssimata dall'equazione Steinhart - Hart:
$\frac{1}{T}=A + B\ln(R_T)+C(\ln(R_T))^3$
dove $A$, $B$ e $C$ sono i coefficienti Steinhart - Hart, specifici per ciascun termistore e determinati tramite calibrazione.
I termistori NTC sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni di rilevamento della temperatura. Ad esempio, in un sistema di ventilazione a temperatura controllata, il termistore NTC rileva la temperatura ambiente. All'aumentare della temperatura, la resistenza del termistore NTC diminuisce, modificando la tensione attraverso un circuito divisore di tensione. Questa variazione di tensione viene quindi utilizzata per controllare la velocità della ventola.
Termistori PTC
I termistori PTC, invece, hanno una resistenza che aumenta con l'aumentare della temperatura. Esistono due sottotipi di termistori PTC: termistori PTC in silicio e termistori PTC in ceramica.
I termistori PTC al silicio presentano un aumento lineare della resistenza con la temperatura entro un determinato intervallo. Sono spesso utilizzati in applicazioni di misurazione e compensazione della temperatura di precisione.
I termistori PTC ceramici, noti anche come termistori PTC a commutazione, presentano un forte aumento di resistenza a una determinata temperatura denominata temperatura di Curie. Al di sotto della temperatura di Curie, la resistenza del termistore PTC ceramico è relativamente bassa. Una volta che la temperatura supera la temperatura di Curie, la resistenza aumenta di diversi ordini di grandezza. Questa proprietà rende i termistori PTC ceramici adatti alla protezione da sovracorrente. Ad esempio, in un caricabatteria è possibile collegare in serie alla batteria un termistore PTC ceramico. Se la corrente supera un livello di sicurezza, la temperatura del termistore PTC aumenta e la sua resistenza aumenta in modo significativo, limitando il flusso di corrente e proteggendo la batteria dal sovraccarico.
2. Sensibilità
La sensibilità di un termistore si riferisce alla variazione della resistenza per variazione unitaria della temperatura. È una proprietà importante in quanto determina la precisione con cui il termistore può misurare le variazioni di temperatura.
Per i termistori NTC, la sensibilità è generalmente maggiore a temperature più basse. La sensibilità ($\alpha$) è definita come la variazione frazionaria della resistenza per variazione di grado Celsius della temperatura:
$\alpha=\frac{1}{R}\frac{dR}{dT}$
Una sensibilità più elevata significa che un piccolo cambiamento di temperatura si tradurrà in un grande cambiamento nella resistenza, rendendo più semplice il rilevamento delle variazioni di temperatura. Tuttavia, i termistori ad alta sensibilità possono anche essere più soggetti a rumore e instabilità.
3. Precisione
La precisione è un'altra proprietà cruciale dei termistori. Si riferisce a quanto la resistenza misurata corrisponde alla temperatura effettiva. La precisione di un termistore è influenzata da diversi fattori, tra cui il processo di produzione, la calibrazione e le condizioni ambientali.
Durante il processo di produzione, variazioni nella composizione e nella struttura del materiale possono portare a differenze nelle caratteristiche di resistenza alla temperatura dei termistori. Pertanto, è necessaria una calibrazione adeguata per garantire una misurazione accurata della temperatura. La calibrazione prevede la misurazione della resistenza del termistore a diverse temperature note e quindi l'utilizzo di questi dati per determinare i coefficienti Steinhart-Hart.
Anche fattori ambientali come umidità, pressione e stress meccanico possono influenzare la precisione dei termistori. Ad esempio, un'umidità elevata può causare un assorbimento di umidità nel materiale del termistore, che potrebbe modificarne le proprietà elettriche.
4. Tempo di risposta
Il tempo di risposta di un termistore è il tempo impiegato dal termistore per raggiungere una percentuale specifica (solitamente il 63,2%) del suo valore di resistenza finale quando sottoposto a una variazione graduale della temperatura. Si tratta di una proprietà importante nelle applicazioni in cui è necessario rilevare rapidi cambiamenti di temperatura, come nei circuiti di protezione termica.
Il tempo di risposta di un termistore dipende dalle sue dimensioni fisiche, dalla forma e dalla conduttività termica del mezzo circostante. Generalmente, i termistori più piccoli hanno tempi di risposta più brevi perché hanno una massa termica inferiore. Ad esempio, i termistori a montaggio superficiale hanno in genere tempi di risposta più rapidi rispetto ai termistori a foro passante più grandi.
5. Riscaldamento autonomo
Quando una corrente scorre attraverso un termistore, dissipa potenza sotto forma di calore secondo la formula $P = I^2R$, dove $I$ è la corrente e $R$ è la resistenza del termistore. Questo autoriscaldamento può far sì che la temperatura del termistore salga al di sopra della temperatura ambiente, causando un errore nella misurazione della temperatura.
L'effetto di autoriscaldamento è caratterizzato dalla costante di dissipazione ($\delta$), che è definita come la potenza necessaria per innalzare la temperatura del termistore di 1°C sopra la temperatura ambiente. Per ridurre al minimo l'effetto di autoriscaldamento, la corrente che scorre attraverso il termistore deve essere mantenuta la più bassa possibile. In alcune applicazioni, viene utilizzata una fonte di corrente costante per garantire una corrente stabile e bassa attraverso il termistore.
Applicazioni e le nostre offerte di prodotti
I termistori vengono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui la misurazione e il controllo della temperatura, la protezione da sovracorrente e la limitazione della corrente di spunto. Come fornitore di componenti elettronici, offriamo termistori di alta qualità con proprietà eccellenti. Oltre ai termistori, forniamo anche una varietà di altri componenti elettronici comeCondensatore motore CA CBB65,Condensatore di avviamento CD60, ECondensatore di avviamento motore CA CBB61.
Se siete interessati ai nostri termistori o ad altri componenti elettronici, vi invitiamo a contattarci per l'approvvigionamento e ulteriori discussioni. Disponiamo di un team di professionisti in grado di fornirti informazioni dettagliate sui prodotti e supporto tecnico per aiutarti a selezionare i componenti più adatti alle tue applicazioni.
Riferimenti
- "Termistori: teoria, progettazione e applicazioni" di John W. Horton
- "Dispositivi elettronici e teoria dei circuiti" di Robert L. Boylestad e Louis Nashelsky
- Schede tecniche del produttore di vari termistori