热敏电阻的介绍及原理

 随着电子产品向小型化、轻量化、薄型化及多功能化方向发展，印制电路板上元器件组装密度越来越大，要求元器件体积越来越小，促使元器件向片式化、集成化方向发展，贴片式元器件和表面组装技术的应用日益广泛。在电路系统中*重要的三种元件—电阻、电容器和电感器中，*先实现片式化的*是电阻。

热敏电阻

热敏电阻是电阻值对温度极为敏感的一种电阻，也称为半导体热敏电阻，是热敏元件同时又是敏感电阻的一个种类。热敏电阻的主要特点是对温度灵敏度高、热惰性小、寿命长、体积小、结构简单、可以有不同的外形，成为目前应用十分广泛的敏感电阻。

热敏电阻的主要参数

热敏电阻有如下几个主要参数：

（1）标称电阻值R1：它是指元件上所标注的电阻值，也称为零功率电阻值，是指在25℃时采用引起电阻值变化不超过0.1%所测得的电阻值，故常用R25℃来表示（单位为Ω）。

（2）额定功率：热敏电阻在规定的技术条件下，长期连续工作所允许消耗的功率称为额定功率，一般用PE表示（单位为W）。厂家在参数表中提供的额定功率值是指在25℃时的功率值。当温度高于25℃时，应当降额使用。

（3）电阻温度系数：它是指在零功率条件下，温度每变化1℃时电阻值的变化量，一般用αT表示，单位为1/℃。若温度变化前的电阻值是R，温度变化后电阻值的变化量为△RT，温度变化量为△T，则电阻温度系数可表示为αT=（△RT/R）△T。

（4）转变点温度：一般指临界热敏电阻和开关型正温度系数热敏电阻的电阻—温度特性曲线上的拐点温度，通常用Tc表示，单位为℃或K。转变点温度也称为居里点温度。

热敏电阻的分类

热敏电阻的种类繁多，按照电阻值温度系数分正温度系数热敏电阻（PTC）和负温度系数热敏电阻（NTC）两大类；按其阻值随温度变化的大小可分为缓变型（即线性）和突变型（即非线性）；按其受热方式不同可分为直热式和旁热式，按其工作温度范围可分为常温型（-55 to 315℃）、低温型（＜-55℃）和高温型（＞315℃）三大类；按所用材料可分为陶瓷热敏电阻、半导体（单晶）热敏电阻、金属膜热敏电阻、塑料热敏电阻、碳化硅（SiC）热敏电阻和玻璃态热敏电阻等；按其结构不同可分为棒状、球状、垫圈状、盘状、珠状、线管状、圆片、方片及薄膜与厚膜等热敏电阻；按其封装形式可分为传统引线式（适用于通孔式焊接）和贴片式（适用于表面组装）两种形式。图1所示为几种热敏电阻的外形。

NTC热敏电阻

NTC热敏电阻是采用多晶金属如铁、钴、镍、铜、锰、钛、钒等氧化物半导体制成的，其电阻值随温度升高而降低。NTC热敏电阻在电路中常用作温度补偿、温度检测与控制的感温元件，也用作浪涌电流限制器。NTC热敏电阻的电阻—温度特性曲线如图2所示。不同材料制成的NTC热敏电阻的电阻—温度特性曲线存在一些差异，但其共同点*是都具有负的温度系数，范围一般为-（1～6）×10-2/℃。限制浪涌电流用NTC热敏电阻通常连接在桥式整流器输入线路上，如图3所示。在接通AC线路之后，将有一个非常大的电流对平滑滤波电容器充电。由于NTC热敏元件（RT）的接入，其在室温下的电阻较大，对浪通电流起限制作用。随RT温度升高，其电阻值急剧降低，对输入电流的影响很小。

图2

图3

PTC热敏电阻

PTC是Positive Temperature Coefficient的缩写，为正温度系数的意思。它包括：突变型（阶跃型）PTC热敏电阻器及缓变型（线性）PTC热敏电阻器两种。其突变型（阶跃型）PTC热敏电阻器又细分两类，一类为陶瓷PTC热敏电阻器（CPTC），在BaTiO3，V2O5，BN等材料中掺入半导化元素后都可发现PTC效应。目前得到广泛应用的是BaTiO3系PTC热敏电阻器；第二类是有机高分子PTC热敏电阻器（PPTC），在聚乙烯高分子材料中掺入碳黑形成PTC效应。这里介绍的是BaTiO3系PTC热敏电阻器，属于典型的直热式阶跃型正温度系数热敏电阻器，当温度增加到居里温度以上时，其电阻值呈阶跃式增加，可达到4～10个数量级。温度的变化可以由流过热敏电阻的电流来获得，也可以由外界输入热能或者这二者的迭加来获得。

图4

热敏电阻的应用

热敏电阻可作为电子线路元件用于仪表线路温度补偿和温差电偶冷端温度补偿等。利用NTC热敏电阻的自热特性可实现自动增益控制，构成RC振荡器稳幅电路，延迟电路和保护电路。在自热温度远大于环境温度时阻值还与环境的散热条件有关，因此在流速计、流量计、气体分析仪、热导分析中常利用热敏电阻这一特性，制成专用的检测元件。PTC热敏电阻主要用于电器设备的过热保护、无触点继电器、恒温、自动增益控制、电机启动、时间延迟、彩色电视自动消磁、火灾报*和温度补偿等方面。