Termistor
El termistor (termistor, resistencia térmica) es un dispositivo semiconductor cuya resistencia eléctrica varía en función de su temperatura [1] .
El termistor fue inventado por Samuel Ruben en 1930 [2] .
Los termistores están hechos de materiales con un alto coeficiente de resistencia a la temperatura (TCR), que suele ser de varios órdenes de magnitud más alto que el TCR de los metales y las aleaciones metálicas .
Diseño y tipos de termistores
El elemento resistivo del termistor está hecho por pulvimetalurgia a partir de óxidos , haluros , calcogenuros de algunos metales, en varios diseños, por ejemplo, en forma de varillas, tubos, discos, arandelas, perlas, placas delgadas y tamaños de 1- 10 micrómetros a varios centímetros .
Según el tipo de dependencia de la resistencia con la temperatura, los termistores se distinguen con negativo ( NTC - termistores, de las palabras " Coeficiente de temperatura negativo ") y positivo ( PTC - termistores, de las palabras " Coeficiente de temperatura positivo " o positores ) coeficiente de temperatura de resistencia (o TKS). Para los positores, su resistencia aumenta al aumentar la temperatura; para los termistores NTC , un aumento de la temperatura provoca una caída de su resistencia.
Los termistores TCR negativos (termistores NTC ) están hechos de una mezcla de óxidos de metales de transición policristalinos ( por ejemplo, MnO , Co Ox , NiO y CuO ) , semiconductores de tipo A III B V , semiconductores vítreos dopados ( Ge y Si ), y otros materiales. Los termistores PTC están hechos de soluciones sólidas basadas en BaTiO 3 , lo que da un TCR positivo.
Convencionalmente, los termistores se clasifican en baja temperatura (diseñados para operar a temperaturas inferiores a 170 K ), temperatura media (de 170 a 510 K) y temperatura alta (superior a 570 K). Los termistores están disponibles para operar a temperaturas de 900 a 1300 K.
Los termistores son capaces de operar en diversas condiciones climáticas y bajo cargas mecánicas significativas. Sin embargo, con el tiempo, bajo condiciones severas de su operación, por ejemplo, ciclos térmicos, hay un cambio en sus características termoeléctricas iniciales, tales como:
- resistencia eléctrica nominal (a 25 °C );
- coeficiente de temperatura de resistencia.
También existen dispositivos combinados, como termistores con calentamiento indirecto. En estos dispositivos, un termistor y un elemento calefactor aislado galvánicamente de él se combinan en una carcasa , que establece la temperatura del termistor y, en consecuencia, su resistencia eléctrica. Dichos aparatos pueden usarse como una resistencia variable controlada por el voltaje aplicado al elemento de calentamiento de dicho aparato combinado.
La temperatura se calcula utilizando la ecuación de Steinhart-Hart :
![{\displaystyle {1 \over T}=A+B\ln(R)+C[\ln(R)]^{3))](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/647af0694e3c498e467ff43221e0c071ddb87a9a)
donde T es la temperatura, K ;
R - resistencia, ohmios ;
A, B, C: constantes del termistor determinadas durante la calibración en tres puntos de temperatura separados por al menos 10 °C.
Una de las desventajas significativas de los termistores de "perlas" como sensores de temperatura es que no son intercambiables y requieren una calibración individual [3] . No existen normas que regulen su índice de resistencia-temperatura. Los termistores de "disco" se pueden intercambiar, sin embargo, el mejor error permisible no es inferior a 0,05 ° C en el rango de 0 a 70 ° C. Un termistor típico de 10 kΩ en el rango de 0 a 100 °C tiene coeficientes cercanos a los siguientes valores:
; ; .
Modo de funcionamiento de los termistores y su aplicación
El modo de funcionamiento de los termistores depende del punto de funcionamiento seleccionado de la característica de corriente-voltaje (o CVC) de dicho dispositivo. A su vez, el CVC depende de la temperatura aplicada al dispositivo y de las características de diseño del termistor.
Los termistores con un punto de operación establecido en la sección lineal del CVC se utilizan para controlar los cambios de temperatura y compensar los parámetros ( voltaje eléctrico o corriente eléctrica ) de los circuitos eléctricos que han surgido como resultado de los cambios de temperatura. Los termistores con un punto de trabajo establecido en la sección descendente del CVC (con "resistencia negativa") se utilizan como relés de arranque, relés de tiempo, en sistemas para medir y controlar la potencia de la radiación electromagnética en frecuencias de microondas (o microondas), control térmico y sistemas de alarma contra incendios, en instalaciones de control de caudal de medios líquidos y granulares.
Los más comunes son los termistores de temperatura media (con una temperatura TCR de -2,4 a -8,4 %/K), que tienen una amplia gama de resistencias (de 1 a 10 6 Ohm ).
También hay termistores con un pequeño coeficiente de temperatura positivo de resistencia (o TCR) (de 0,5 a 0,7 %/K) fabricados a base de silicio , cuya resistencia cambia según una ley casi lineal. Dichos termistores se utilizan en sistemas de enfriamiento y estabilización de temperatura de los modos de operación de transistores en varios sistemas electrónicos .
Además, los termistores PTC se utilizan como elementos calefactores autorreguladores, cuya resistencia aumenta a medida que aumenta su propia temperatura (calentador PTC). Dicho elemento calefactor nunca se sobrecalentará y tenderá a mantener una temperatura constante cercana al punto de Curie . La temperatura se puede mantener constante mientras se opera en una amplia gama de voltajes y temperaturas ambientales. La potencia térmica en este caso depende de la eficiencia de la eliminación de calor. Cuanto más eficientemente se elimina el calor, mayor es la potencia térmica del calentador de positores, el consumo de corriente, respectivamente, también es mayor.
Véase también
Notas
- ↑ V. G. Gerasimov, O. M. Knyazkov, A. E. Krasnopolsky, V. V. Sukhorukov . Fundamentos de electrónica industrial. - M.: Escuela Superior, 1978. - S. 17-21.
- ^ Patente de EE. UU. No. 2,021,491, 19 de noviembre de 1935. Resistencia eléctrica del pirómetro . Descripción de la patente en el sitio web de la Oficina de Patentes y Marcas de EE . UU .
- ↑ Portal de información "Temperatura". termistores _ temperaturas.ru. Fecha de acceso: 26 de octubre de 2016. Archivado desde el original el 26 de octubre de 2016.
Literatura
- Sheftel I. T. termistores
- McLean E.D. termistores
- Shashkov A.G. Termistores y sus aplicaciones.
- Pasynkov VV, Chirkin LK Dispositivos semiconductores: Libro de texto para universidades. - 4ª revisión. y adicional edición - M. : Escuela Superior, 1987. - S. 401-407. — 479 pág. — 50.000 copias.