PTC热敏电阻工作原理和应用特性介绍

热敏电阻是“热”和“电阻”两个词语的组合，它是一种电阻或电阻温度计，其电阻主要取决于温度。热敏电阻有两种类型，即NTC（负温度系数）和PTC（正温度系数）。这两个电阻器的工作主要取决于温度。

一旦NTC中的温度升高，电阻就会降低，温度降低，电阻就会增加。同样，PTC和NTC完全相反。在本文中，小编简单介绍PTC热敏电阻的工作原理和应用特性。

PTC热敏电阻的概念

PTC热敏电阻是一种具有正温度系数的电阻器，这意味着一旦电阻增加，温度就会升高。因此，电阻 (R) 和温度 (T) 之间的主要关系是线性的。

PTR热敏电阻公式为ΔR=k(ΔT)

其中“ΔR”是电阻内的变化，ΔT是温度内的变化，“K”是温度系数。

当“k”为正时，它会在温度升高时增加电阻。

PTC热敏电阻的符号

有时候，指定任何电路图上使用的热敏电阻类型非常重要。所以PTC热敏电阻电路符号如下所示，它使用符号上的'+t°'字符来表示PTC或正温度系数。

PTC热敏电阻的工作原理

大多数PTC热敏电阻采用掺杂多晶陶瓷设计，其中包括 BaTiO3（钛酸钡）和其他化合物。这些材料具有的特性是，在特定的临界温度下，电阻会突然增加。钛酸钡 (BTO) 材料是铁电材料，其介电常数随温度变化。

PTC热敏电阻的工作原理主要取决于内部温度变化引起的电阻变化。一旦温度升高，电阻就会增加。温度降低，电阻就会降低。所以在这种类型的热敏电阻中，电阻和温度都成正比。

PTC热敏电阻的类型

热敏电阻根据结构、材料和制造处理器的不同分为三种类型，如陶瓷开关、硅电阻和聚合物PPTC。

1、硅PTC热敏电阻

这类热敏电阻主要包括使用硅半导体材料的，这些是线性器件，具有显着的 PTC（正温度系数）电阻。一旦温度超过150°C，它们就会显示NTC（负温度系数）。这些热敏电阻因其线性特性而用作PTC温度传感器，也可用于温度补偿。

2、陶瓷开关PTC热敏电阻

第二种是陶瓷开关PTC热敏电阻，它具有极非线性的电阻-温度曲线。一旦该热敏电阻被激发，则电阻最初会降低，直到达到固定的温度水平。一旦温度升高到固定水平以上，电阻就会急剧增加。这种热敏电阻广泛用于传感器、PTC加热器，也可用于过温保护、电流保护、延时保护和温度补偿。

3、聚合物PPTC热敏电阻

聚合物正温度系数热敏电阻或 PPTC 热敏电阻也称为可复位保险丝，因为它们表现出非线性 PTC 效应。这种类型的热敏电阻是一种热激活器件，因此环境温度的任何波动都会对热敏电阻的性能产生影响。与电路的其余部分相比，该热敏电阻在正常工作条件下的电阻最小，并且对电路性能的控制较少。

但是，如果电路系统进入故障状态，PPTC 会立即做出响应，进入跳闸状态。一旦故障条件消除，热敏电阻将自行复位，电路系统将恢复其正常工作条件。

这些热敏电阻用于汽车、电信、消费电子、医疗设备的过程控制和保护。

斯坦哈特-哈特方程

公式ΔR= k(ΔT) 仅适用于某个温度，超过该温度就很难校正温度。因此，这里采用Steinhart-Hart方程。它有助于精确且轻松地设计热敏电阻的温度。Steinhart-Hart方程如下所示。

B (T1/T2) = (T2xT1/T2-T1) x In(R1/R2)
其中：

• “T1”是开尔文内的主要温度点。
• “T2”是开尔文内的第二个温度点。
• “R1”是欧姆内“T1”处的热敏电阻电阻。
• “R2”是欧姆内“T2”处的热敏电阻电阻。

PTC热敏电阻的操作模式

PTC热敏电阻通常具有两种操作模式，也就是自加热和传感器模式。

1. 自热模式：当 PTC 热敏电阻用于自热模式时，电流开始流经热敏电阻。一旦它被加热，它就会达到临界温度水平，电阻将急剧增加。这样，它就在这种模式下运行，因此它可以用作调节器或安全切断器。
2. 传感器模式：在传感器模式下，少量电流通过热敏电阻和设备。热敏电阻检测其周围区域的温度。通过将电流保持在最小量，自热效应将可以忽略不计，并且环境温度只会影响设备。当周围环境加热器件，然后它达到其临界温度点，电阻将显着增加。

PTC热敏电阻特性

这是一个正温度系数电阻器，用于制造该电阻器的材料是多晶陶瓷。当温度升高时，热敏电阻的电阻也会以非线性方式增加。因此，该热敏电阻将仅显示电阻随温度的微小变化，直到达到 TR 点（开关点）。

该热敏电阻在温度和电阻之间的特性如上图所示。通常，热敏电阻具有额定电阻 (TR)。因此PTC热敏电阻在25°C时具有额定电阻。

PTC热敏电阻电路图

PTC热敏电阻的接线图如下所示。该应用电路用于保护晶体管电路免受过压。在此晶体管放大器电路中，PTC热敏电阻以一种简单方便的方式使用，以保护晶体管电路免受环境温度升高的影响，否则晶体管会产生热量。

在上述电路图中，如果温度高于额定温度，则可能会降低晶体管特性。该电路中使用该热敏电阻来检测环境温度的升高并进入高欧姆状态。因此，电路中晶体管的基极-发射极 (BE) 电压下降，晶体管将切断负载电流。一旦环境温度恢复到正常水平，热敏电阻就会恢复到原来的低电阻状态。

PTC热敏电阻的主要优点

PTC热敏电阻的优点包括以下几点。

• 热敏电阻稳定且强大。
• 具有紧凑的尺寸，因此可以在更小的空间内工作。
• 给出了快速的回应。
• 与其他类型的温度传感器相比，这些并不昂贵。
• 如果此热敏电阻具有正确的电阻-温度曲线，则在整个固定过程中无需进行其他校准。

PTC热敏电阻的主要缺点

PTC热敏电阻的缺点包括以下几点。

• 温度范围有限，因此不适用于大温度范围。
• 输出是弯曲的。
• 需要在电源线内进行屏蔽。
• 在最高温度下是非线性的，因此最好在100°C以下使用。
• 很细腻。
• 非线性特性会经常给温度测量带来问题。

PTC热敏电阻的主要应用

PTC热敏电阻的应用主要包括以下几项内容：

• 用于自调节加热器。
• 用于保护电路免受过电流的影响。
• 用于电机绕组保护。
• 在检测液位方面发挥着关键作用。
• 开关PTC型热敏电阻主要用作不同电路中的自恢复保险丝和过流限制器。
• 用作保护电机的限流装置。
• 用于温度的测量和控制，温度的检测和调节。
• 用作热敏开关。
• 可限制车载充电器和工业逆变器的浪涌电流。
• 用于保护直流电机和螺线管免受过电流的影响。

总结

PTC热敏电阻除用作加热元件外，同时还能起到“开关”的作用，兼有敏感元件、加热器和开关三种功能，所以也称之为“热敏开关”。

电流通过元件后引起温度升高，即发热体的温度上升，当超过居里点温度后，电阻增加，从而限制电流增加，于是电流的下降导致元件温度降低，电阻值的减小又使电路电流增加，元件温度升高，无线循环，因此具有使温度保持在特定范围的功能，又起到开关作用。利用这种阻温特性做成加热源，常应用的有烘衣柜、空调等，同时还可对电器起到过热保护作用。