Đặc trưng của thermistor và ứng dụng trong mạch điện

Trong sơ đồ mạch, các thermistor được biểu thị bằng các ký hiệu cụ thể, và hình dáng vật lý của chúng xuất hiện như được hiển thị trong các minh họa.

1. Phân loại Thermistor

Thermistor Hệ số Nhiệt Độ Dương (PTC): Điện trở của thermistor PTC tăng đáng kể khi nhiệt độ tăng lên. Do đặc tính này, thermistor PTC thường được sử dụng trong các ứng dụng như cầu chì có thể đặt lại và các phần tử làm nóng.

Thermistor Hệ số Nhiệt Độ Âm (NTC): Các thermistor này thể hiện sự giảm nhanh chóng điện trở khi nhiệt độ tăng. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các mạch bù nhiệt độ, hệ thống kiểm soát nhiệt và ức chế dòng điện xung.

Biểu đồ dưới đây so sánh các đường cong điện trở-nhiệt độ của thermistor NTC và PTC.

2. Các Tham Số Chính Của Thermistor

Điện Trở Công Suất Không R₂₅ (Ω)
Theo định nghĩa của tiêu chuẩn quốc gia, đây là giá trị điện trở được đo ở 25°C khi không có công suất nào được áp dụng. Giá trị này còn được gọi là điện trở danh nghĩa và thường được đề cập khi chỉ định điện trở của thermistor NTC.

Hằng Số Nhiệt B (K)
Giá trị B định lượng độ nhạy của thermistor đối với nhiệt độ và được tính toán là tỷ lệ của logarith tự nhiên của điện trở tại hai nhiệt độ chia cho hiệu số nghịch đảo của những nhiệt độ đó. Sau khi được xác định, nó sẽ giữ nguyên. Các giá trị B điển hình cho thermistor NTC dao động từ 2000K đến 6000K. Các giá trị cao hơn cho thấy độ nhạy của điện trở đối với sự thay đổi nhiệt độ lớn hơn.

Hệ số tan (δ)
Thứ này biểu thị tỷ lệ giữa sự thay đổi công suất tiêu thụ và sự thay đổi tương ứng trong nhiệt độ thân thermistor dưới các điều kiện môi trường đã chỉ định.

Hằng số thời gian nhiệt (T)
Trong điều kiện không có công suất, đây là thời gian cần thiết để thermistor đạt được 63,2% tổng sự thay đổi nhiệt độ sau một sự thay đổi nhiệt độ đột ngột. Hằng số này tỷ lệ thuận với dung lượng nhiệt của thermistor và tỷ lệ nghịch với hệ số tan của nó.

Công suất định mức (P)
Đây là công suất liên tục tối đa mà thermistor có thể tiêu thụ dưới các điều kiện đã định mà không để nhiệt độ thân vượt quá giới hạn hoạt động tối đa được chỉ định.

Nhiệt độ hoạt động tối đa (Tmax)
Nhiệt độ cao nhất mà thermistor có thể hoạt động liên tục mà không bị suy giảm hiệu suất dưới các thông số kỹ thuật đã định.

3. Ứng dụng Thực tế trong Mạch Điện

Các thermistor NTC thường được sử dụng trong hai nhóm ứng dụng chính: cảm biến nhiệt độ và bảo vệ nguồn điện.

Ví dụ 1: Mạch lấy mẫu nhiệt độ

Ví dụ 2: Ứng dụng triệt lưu dòng điện khởi động

Các thermistor NTC thường được đặt ở giai đoạn đầu vào nguồn, như được hiển thị ở các vị trí RT1 đến RT4 trong sơ đồ mạch. Đối với các thiết bị hỗ trợ cả đầu vào 110Vac và 220Vac, hai thermistor NTC nên được đặt ở vị trí R1 và R2 để đảm bảo bảo vệ quá điện áp nhất quán. Trong hệ thống đơn điện áp (220Vac), một thermistor NTC tại R3 hoặc R1 là đủ.

Nguyên lý hoạt động:

Khi được bật nguồn, các tụ điện khối trong bộ nguồn gây ra dòng điện xung nhập lớn. Một thermistor NTC với điện trở ban đầu cao (tại nhiệt độ phòng) có thể hiệu quả hạn chế dòng điện này. Khi dòng điện chảy qua, thermistor nhanh chóng nóng lên và điện trở của nó giảm trong vòng vài miligia xuống còn vài ôm hoặc ít hơn. Sự giảm này có tác động tối thiểu đến dòng điện hoạt động, và mức tiêu thụ điện năng của nó là không đáng kể.

So với các điện trở cố định, cách tiếp cận này giảm tiêu thụ công suất xuống hàng chục đến hàng trăm lần, khiến nó đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng tiết kiệm năng lượng và hiệu suất cao như nguồn điện chuyển mạch.

Sau khi nguồn bị tắt, thermistor dần nguội đi và điện trở của nó trở lại giá trị ban đầu khi không có công suất. Khi nguồn được bật lại, chu kỳ ức chế tương tự được lặp lại.