ptc что это на плате

Что такое термистор, их разновидности, принцип работы и способы проверки на работоспособность

Сопротивление любого проводника в общем случае зависит от температуры. Сопротивление металлов с нагревом увеличивается. С точки зрения физики это объясняется увеличением амплитуды тепловых колебаний элементов кристаллической решетки и возрастанием сопротивления движения направленному потоку электронов. Сопротивление электролитов и полупроводников при нагреве уменьшается – это объясняют другими процессами.

Принцип работы термистора

Во многих случаях явление зависимости сопротивления от температуры вредное. Так, низкое сопротивление нити лампы накаливания в холодном состоянии служит причиной перегорания в момент включения. Изменение значения сопротивления постоянных резисторов при нагреве или охлаждении ведет к изменению параметров схемы.

С этим явлением борются разработчики, выпускаются резисторы с уменьшенным ТКС — температурным коэффициентом сопротивления. Стоят такие элементы дороже обычных. Но существуют такие электронные компоненты, у которых зависимость сопротивления от температуры ярко выражена и нормирована. Эти элементы называются терморезисторами (термосопротивлениями) или термисторами.

Виды и устройство терморезисторов

Терморезисторы можно разделить на две большие группы по реакции на изменение температуры:

Тип термистора определяется свойствами материалов, из которых изготовлены терморезисторы. Металлы при нагреве увеличивают сопротивление, поэтому на их основе (точнее, на базе оксидов металлов) выпускают термосопротивления с положительным ТКС. У полупроводников зависимость обратная, поэтому из них делают NTC-элементы. Термозависимые элементы с отрицательным ТКС теоретически можно делать и на основе электролитов, но этот вариант на практике крайне неудобен. Его ниша – лабораторные исследования.

Конструктив термисторов может быть различным. Их выпускают в виде цилиндров, бусин, шайб и т.п. с двумя выводами (как у обычного резистора). Можно подобрать наиболее удобную форму для установки на рабочем месте.

Основные характеристики

Самая главная характеристика любого терморезистора – его температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Он показывает, насколько меняется сопротивление при нагреве или охлаждении на 1 градус Кельвина.

Хотя изменение температуры, выраженное в градусах Кельвина, равно изменению в градусах Цельсия, в характеристиках термосопротивлений пользуются все же Кельвинами. Это связано с широким применением в расчетах уравнения Стейнхарта-Харта, а в него входит температура в К.

ТКС отрицателен у термисторов типа NTC и положителен у позисторов.

Другая важная характеристика – номинальное сопротивление. Это значение сопротивления при 25 °С. Зная эти параметры, легко определить применимость термосопротивления для конкретной схемы.

Также для использования термисторов важны такие характеристики, как номинальное и максимальное рабочее напряжение. Первый параметр определяет напряжение, при котором элемент может работать длительное время, а второй – напряжение, выше которого работоспособность термосопротивления не гарантируется.

Для позисторов важным параметром является опорная температура – точка на графике зависимости сопротивления от нагрева, при которой происходит перелом характеристики. Она определяет рабочий участок PTC-сопротивления.

При выборе терморезистора надо обратить внимание и на его температурный диапазон. Вне заданного производителем участка, его характеристика не нормируется (это может привести к ошибкам в работе оборудования) или термистор там вообще неработоспособен.

Условно-графическое обозначение

На схемах УГО термистора могут незначительно отличаться, но главный признак термосопротивления – символ t рядом с прямоугольником, символизирующим резистор. Без этого символа не определить, от чего зависит сопротивление – схожее УГО имеют, например, варисторы (сопротивление определяется приложенным напряжением) и другие элементы.

Иногда на УГО наносят дополнительное обозначение, определяющее категорию терморезистора:

Эту характеристику иногда обозначают стрелками:

Литерное обозначение может быть различным – R, RK, TH и т.п.

Как проверить термистор на работоспособность

Первая проверка исправности термистора – измерение номинального сопротивления обычным мультиметром. Если замер ведется при комнатной температуре, которая не очень отличается от +25 °С, то и измеренное сопротивление не должно существенно отличаться от указанного на корпусе или в документации.

Если температура окружающего воздуха выше или ниже указанного значения, надо взять небольшую поправку.

Можно попытаться снять температурную характеристику термистора – чтобы сравнить её с заданной в документации или чтобы восстановить её для элемента неизвестного происхождения.

Есть три температуры, доступные для создания с достаточной точностью без измерительных приборов:

По этим точкам можно нарисовать приблизительную зависимость сопротивления от температуры, но для позисторов это может не сработать – на графике их ТКС, есть участки, где R температурой не определяется (ниже опорной температуры). Если термометр имеется, можно снять характеристику по нескольким точкам – опустив терморезистор в воду и нагревая её. Через каждые 15…20 градусов надо замерять сопротивление и наносить значение на график. Если надо снять параметры выше 100 градусов, вместо воды можно использовать масло (например, автомобильное – моторное или трансмиссионное).

На рисунке изображены типовые зависимости сопротивлений от температуры – сплошной линией для PTC, штриховой – для NTC.

Где применяются

Самое очевидное применение терморезисторов – в качестве датчиков для измерения температуры. Для этой цели пригодны как термисторы с характеристикой NTC, так и PTC. Надо лишь выбрать элемент по рабочему участку и учесть характеристику термистора в измерительном приборе.

Можно построить термореле – когда сопротивление (точнее, падение напряжения на нём) сравнивается с заданным значением, и при превышении порога происходит переключение выхода. Такой прибор можно применять в качестве устройства теплового контроля или пожарного датчика. Создание измерителей температуры основано на явлении косвенного нагрева – когда терморезистор нагревается от внешнего источника.

Также в сфере использования термосопротивлений используется прямой нагрев – термистор нагревается током, проходящим через него. NTC-резисторы таким способом можно применить для ограничения тока – например, при зарядке конденсаторов большой ёмкости при включении, а также для ограничения тока пуска электродвигателей и т.п. В холодном состоянии термозависимые элементы имеют большое сопротивление. Когда конденсатор частично зарядится (или электродвигатель выйдет на номинальные обороты), термистор успеет нагреться протекающим током, его сопротивление упадет, и он перестанет оказывать влияние на работу схемы.

Таким же способом можно продлить срок службы лампы накаливания, включив последовательно с ней терморезистор. Он ограничит ток в самый сложный момент – при включении напряжения (именно в это время большинство ламп выходит из строя). После прогрева он перестанет оказывать влияние на лампу.

Для защиты электродвигателей во время работы служат, наоборот, термисторы с положительной характеристикой. Если ток в цепи обмотки будет повышаться из-за заклинивания двигателя или превышения нагрузки на валу, PTC-резистор нагреется и ограничит этот ток.

Термисторы с отрицательным ТКС, также можно использовать в качестве компенсаторов нагрева других компонентов. Так, если параллельно резистору, задающему режим транзистора и имеющему положительный ТКС, установить NTC-термистор, то изменение температуры подействует на каждый элемент противоположным образом. В результате действие температуры компенсируется, и рабочая точка транзистора не сместится.

Существуют комбинированные приборы, называемые терморезисторами с косвенным нагревом. В одном корпусе такого элемента расположены термозависимый элемент и нагреватель. Между ними существует тепловой контакт, но гальванически они развязаны. Изменяя ток через нагреватель, можно управлять сопротивлением.

Терморезисторы с различными характеристиками широко используются в технике. Наряду со стандартными применениями, их сферу работы можно расширять. Все ограничивается только фантазией и квалификацией разработчика.

Что такое резистор и для чего он нужен?

Что такое триггер, для чего он нужен, их классификация и принцип работы

Принцип работы и основные характеристики стабилитрона

Что такое диодный мост, принцип его работы и схема подключения

Что такое датчик Холла: принцип работы, устройство и способы проверки на работоспособность

Термометр сопротивления — датчик для измерения температуры: что это такое, описание и виды

Источник

Подробно о PTC-термисторах

Есть два основных вида терморезисторов: PTC, у которых сопротивление растет при повышении t°, и NTC с негативной тенденцией, у которых при этом оно падает. Второе название элементов с Positive Temperature Coefficient — позисторы. PTC защищают электроустановки, электронику от перегруза, перегрева, обслуживают реле пускателей, нагревательных узлов. Рассмотрим, где находятся PTC термические резисторы, какие их функции, как выглядят, отличия от NTC (термисторов с Negative Temperature Coefficient), как проверить.

Позисторы (PTC резисторы) как вид терморезисторов

Для электроники температура является одним из факторов, требующих постоянного контроля, так как ненормальный нагрев свидетельствует об изменении параметров тока, о небезопасных явлениях (перегрев вплоть до выгорания).

На платах приборов самыми элементарными стандартными элементами, радиодеталями, которые измеряют t°, контролируя ее значения и предохраняя схему, являются терморезисторы. Детали реагируют особым образом: их сопротивление (R) при различной температуре меняется, соответственно, происходит пропускание или непропускание токов определенной мощности, так реализуется защита микросхемы, устройств.

Термические резисторы (ТР) — это полупроводниковые электронные детали из сплавов с высоким термокоэффициентом трансформации.

Типоразмеры

Форма ТР: тонкие пластинки (реже трубочки), шайбочки, таблетки, каплевидные формы, размером в несколько мм. Некоторые типоразмеры микроскопические (микроны).

Есть также типоразмер SMD, напоминающий такого же типа плавкие предохранители, конденсаторы, иные детали. Изделия таких форм похожие (находятся в стандартных диапазонах 1206, 0805, 0603 и так далее), их почти невозможно различить «на глаз», надо читать спецификацию схемы.

Другой особый тип — встроенные изделия, они более узнаваемые: термопара, таблетка, капля с выводами или более габаритный корпус-цилиндр с двумя проводками.

По количеству отпаек (ножек) есть 2 типа позисторов: с 2 или 3 указанными элементами. Трехвыводные состоят из 2 позитронов-таблеток, объединенных одним корпусом. Одна из пластинок меньшая. Отличается и R, например, 1.3…3.6 кОм и 18…24 Ом. ТР с 2 ножками чаще всего кремниевые (Si), это более узнаваемые пластинки.

Обозначения разных электродеталей на схемах:

Что такое терморезисторы PTC (позисторы), чем отличаются от термисторов (NTC)

Есть 2 вида теплорезисторов, принцип функционирования аналогичный, отличается лишь направление темп. коэф. (ТКС):

Часто PTC (позисторы) и термисторы (NTC) внешне похожи, поэтому надо читать спецификацию, надписи на корпусах:

Обозначение на схемах:

Схематические рисунки для разных запчастей могут быть похожими, поэтому надо внимательно их читать:

Значки ТР могут несколько отличаться, но t° в них присутствует обязательно, у позисторов почти всегда есть буквенно-цифровые обозначения R1, TH1 или RK1 Таким образом, безошибочно можно узнать данные элементы на чертежах.

У PTC две стрелки смотрят вверх, «−» около t° ставят для NTC, так как у него негативный коэффициент.

Наглядное объяснение работы

Принцип работы основывается на взаимосвязанном изменении 2 параметров: температуры внешней среды или самого элемента и его сопротивления (число Ом).

Если взять любой термический резистор, мультиметром замерить сопротивление на нем при обычной комнатной температуре и при его охлаждении/нагревании, то количество Ом будет отличаться. В PTC с ростом температуры значение R будет увеличиваться.

Объяснение работы и отличий PTC/NTC на схеме

На температурных тепловых расцепителях (реле) могут применяться как позисторы, так и термисторы с учетом особенностей их срабатывания и того, какой алгоритм потребуется в конкретной ситуации. На чертеже ниже кривая 1 — это PTC, 2 — NTC. ТР ставят с обычными электромагнитными реле («б»). На рисунке «б» — принципиалка защиты электромотора, «в» — схема подсоединения контактора КМ при термисторе, а «г» при позисторе.

Объяснение работы схемы:

Где применяются

Рассматриваемые детали можно найти на большинстве печатных плат электроники — в самом стандартном виде, это пластинки и таблетки на ножках, могут также выполняться как цилиндрики и в прочих типоразмерах. Характерный вид позисторов на пускателях, подобных устройствах — пластиковая коробочка (внутри клеммами зажата металлическая таблетка). Сфера применения — электроника, цепи электроустановок, электроприборов, сигнализаций.

PTC, как и NTC, применяются для электроцепей приборов, оборудования, для процессов, зависящих от корректности настроек режима t°. Особо актуальные для компьютеров, телевизоров, электроустановок, оборудования связи, для сигнализаций, автомобильных узлов, реле бытовых приборов, блоков питания, высокоточного производственного оборудования. Часто используются в роли температурных датчиков.

PTC (с положительным коэффициентом) термисторы при нагреве повышают свое число Ом. Поэтому позисторы чаще всего используют с целью защиты силовых электроустановок от перегруза, перегрева, а также для поддержания безопасной t°.

Если кратко, то позисторы чаще применяют для защиты устройств в процессе их работы от скачков, перегрева, перегрузки, для регулировки нагревания. Термисторы — для уменьшения токов именно при активации приборов, для плавного включения силовых узлов, БП. Общая сфера применения: датчики, вместе с реле, расцепителями, температурный контроль оборудования. Как видим сферы применения в общем схожие, но учитываются нюансы алгоритма сработки ТР. Некоторые иные области применения позисторов рассмотрим ниже в разделе со схемами.

Задачи позисторов

Основная цель терморезисторов состоит в изменении параметров токов при пуске и работе приборов, электроустановок. PTC ставят для ограничения таковых, а также как термодатчики, переключатели в схемах пусковых конструкций.

Опишем как образцовый пример стандартный процесс: аппарат включается в сеть, напряжение подается на БП, конденсаторы быстро набирают свои емкости (заряжаются), что провоцирует повышенные токи на цепи. Если нет ограничения, то создается высокая вероятность перегрева, перегорания, пробоя элементов, диодных мостов.

Высокие токи провоцируют повышение температуры, но PTC терморезистор не дает им провоцировать перегрев: его сопротивление растет, не пропуская чрезмерные значения напряжения. Сами по себе терморезисторы при небезопасных факторах не расцепляют контакты, а только служат преградами, ограничителями. Причем их действие уже заложено в них, то есть без механических движений — блокировать будет само сопротивление. Такие элементы (термопары) особенно контактные также часто работают как датчики с реле, расцепителями: отслеживают и сообщают исполнительному узлу о небезопасном факторе.

PTC встречаются почти во всех современных приборах, например, на импульсных блоках питания. Эти детали служат не только лишь для нормализации температурного режима, но и в устройствах защиты, реле, расцепителях, узлах, основывающихся на измерениях t° (термопары, сенсоры холодильников, стиралок).

Виды термических резисторов с положительным ТКС

Рассмотрим виды термических резисторов, для PTC и NTC они одинаковые.

Разновидности по особенностям действия

По типу действия (сработки) есть такие типы ТР:

Номинал, разновидности по температурным параметрам

Детали чаще рассматриваются в международной системе измерений СИ, в Кельвинах. Переводить К в градусы Цельсия нужно особым образом — сравнивая две шкалы.

Один градус К равен 1° C, но точки на шкалах разнятся: нулю по Цельсию отвечает 273.150 на линейке, градуированной Кельвинами. Также тут есть такая отметка как абсолютный ноль, но это не «0° C» — он равен отметке «−273.150 °C».

Терморезисторы различаются по степени реагирования на определенную температуру так:

Первоначальные характеристики терморезисторов — термисторов, позисторов — могут изменяться при функционировании с частыми колебаниями t°.

Виды по типу нагрева

Нагрев может быть таких типов (ему соответствует 2 типа термических резисторов):

Какие параметры влияют на подбор терморезисторов

Рассмотрим, какие параметры надо определить и учесть при выборе PTC, позистор, терморезистор с положительным коэффициентом.

Габариты. Деталь должна поместиться на плате, не мешать иным деталям.

Сопротивление, оно же номинал, RT, в Омах. Указывается на элементе на его маркировке вместе с температурой в Цельсиях или Кельвинах. Надо также читать таблицы данных и спецификацию детали. Например, если ТР рассчитан на функционирование при −100…+200° C, режим для окружающих условий использования принимают как +20…+25° C;

Временная переменная температуры в сек. Отражает тепловую инерционность: период, необходимый для изменения t° теплового резистора на 63% от разницы t° на нем и окружающей среды. Обычно принимается равным +100° C;

ТКС он же TCR (в % на 1 градус С°), αR или αRT. Это основная характеристика — тепловой (термический) коэффициент сопротивления. Прописывается для той же t°, что и «холодное» R. Цифры значения могут быть с «+», «–» или «±», что показывает, в какую сторону учитывают изменения температуры (это не отклонения точности). По данной характеристике выделяют определенные группы терморезисторов (А, Б, В и так далее).

Предельная интенсивность рассеивания Pmax, Вт. Порог, до которого нет необратимых трансформаций в детали. По этой характеристике главное исключить ситуации, когда tmax превышает предел, Pmax.

Tmax — наибольшее значение, при котором свойства детали определенное время остаются неизменными (эти две составляющие устанавливаются изготовителем).

Коэффициенты G и H. Данные характеристики зависимы от свойств используемого сплава, нюансов теплообмена между ТР и средой. Характеристики взаимосвязанные, что отображает уравнение G=H/100а:

Теплоемкость (Дж на 1° C), «C» — количество тепла для нагрева терморезистора на 1°.

Временная постоянная τ = отношению между C и H. Подбирая изделие, надо учесть промежуток температурного сопротивления и кратность колебаний R на участке положительного ТКС.

Для правильного выбора позисторов надо изучить все варианты терминологии: другие и некоторые вышеуказанные позиции трактуются также следующим образом:

Температура и т. Кюри:

Базовые свойства позисторов

При расчете терморезисторов потребуется оценить следующее составляющие:

Как работает PTC с физико-химической точки зрения

Терморезистор типа PTC повышает свое сопротивление (на схемах обозначается R, в Омах), при увеличении t°; у термистора NTC алгоритм тот же, но наоборот: при росте первой, вторая величина падает.

Главная особенность терморезистора — максимальная чувствительность R материала к изменениям t°. Если нагрева нет, то атомы расположены ровно, выстроенные длинными линиями. При росте тепла число транспортировщиков заряда становится большим, и чем больше, тем лучше проводимость.

Кривая t°/R нелинейная, наиболее ярко свойства проявляются при −90…+130° C.

Свойства ТР создаются путем сравнения режима t° с характеристиками используемых в детали сплавов, являющихся полупроводниками. Применяют составы чрезвычайно чувствительные к температуре.

При прохождении тока появляется электрополе, подталкивающее электроны, ударяющиеся об атомы, так они затормаживаются. При высоких температурах движение атомов интенсивнее, исходная частичка быстрее взаимодействует, создавая дополнительное сопротивление. После охлаждения валентные уровни электронов станут низкими, перейдут в спокойное состояние, частички будут меньше перемещаться, перестанут повышать число Ом.

Проверка мультиметром

Работоспособность позистора покажет мультиметр. Проверка основывается на замерах сопротивления при изменении температуры. Алгоритм:

Проверка терморезистора опусканием в теплую воду и замерами тестером, показывающим сопротивление:

Как подключить, схемы

Рассмотрим основные схемы подключения PTC резистора в зависимости, для каких целей он применяется. Чаще элементы подключаются последовательно, но также иногда могут включаться и параллельно, например, к пусковому реле.

Схема для тепловых пожарных извещателей:

PTC как плавкий предохранитель:

Примеры других схем для позисторов:

Как сенсор температуры, термокомпенсации

Ниже принципиалка температурной компенсации: при смещении транзистора используется R позистора. При перегреве первого, на втором также повышается t°, и когда значение преодолеет точку Кюри ТР перейдет на режим мощного сопротивления, цепь сместится, транзистор отключится.

Если PTC в роли детектора перегрева, когда затребована температурная компенсация, прибор не меняет сопротивление на входе наподобие термистора NTC, учитывая последовательное подсоединение на входную цепь. Это отлично подходит для вариантов последней, требующих описанного нюанса: для импульсных линий, региональных усилителей, измерительных устройств.

Несколько позисторов в схеме

Два и больше PTC могут обслуживать несколько активных сегментов работы с компаратором. Ниже — схема последовательно включения увеличенного числа ТР: при обнаружении одним хотя бы перегрева микросхемой компаратором демонстрируется резкое значение температурного сопротивления. Такая схема позволит легко менять количество PTC или замерять t° на целой базовой схеме.

Защита перегрева двигателя

PTC применяют для мониторинга перегрева электромоторов, трансформаторных обмоток, подшипниковых конструкций, силовых транзисторов. Ниже пример PTC, определяющего чрезмерный нагрев мотора, что тянет за собой сработку реле на его отключение.

Непосредственно позистором может осуществляться блокировка цепей с малыми регулярными токами, если же они большие и постоянные в линию включают реле, тиристор.

Компонент контроля

PTC, как электронная составляющая текущего контроля, показан на простейшем решении ниже:

При превышении заданной температуры загорается диод. Если нарушено предельное значение тока, терморезистор среагирует и моментально реализует защиту.

Опцию задержки можно воплотить посредством динамических свойств ТР, есть два метода: подсоединение параллельно или последовательно с реле. Позволительно также контролировать пусковые токи позистором, например, на импульсных источниках питания, которые, как правило, имеют значительную эту величину при первом старте.

PTC можно применить вместо NTC или простого резистора как ограничитель пусковых токов. Деталь нагревается токовыми перегрузками при отказе реле или тиристора и происходит его сработка при высоком сопротивлении, течение тока блокируется моментально.

Помимо указанного, практично использовать PTC для схемы старта моторов как бесконтактный стартер, например, для компрессора холодильников, кондиционеров и подобного.

На Arduino

Программируемая база в виде контроллера Arduino применяется для различных самоделок, мини-роботов.

В данном случае необходимо подсоединить PTC к указанной платформе для считывания показателей, туда также будет включен ЖК дисплей, показывающий их.

Описание примера (при номинале терморезистора, когда на нем в горячем состоянии 10 кОм):

Ниже то же самое немного иными словами. Для элементарной сборки возьмем монтажную плату, 3 проводка, PTC, резистор (это основное сопротивление схемы) на 10 кОм. Вывод последнего подключается к той ножке PTC, к которой идет также жила, подключаемая на, в нашем случае, аналоговый пин A0 Ардуино. То есть один контакт PTC — к 5V, а второй, соединенный с ножкой резистора 10 кОм, — к А0. Оставшаяся ножка последнего — к пину «земли». На схеме ниже порядок виден четко.

Более детально ознакомиться с работой с различными компонентами можно на каком-нибудь симуляторе в сети.

Видео по теме

Источник