Что такое термисторы и позисторы: классификация и области применения

Чтобы начать разговор о термисторах и позисторах, стоит упомянуть такое понятие, привычное для всех электриков и электронщиков, как терморезисторы, которыми по сути являются как термисторы, так и позисторы. Терморезисторы – это полупроводниковые элементы любой электрической схемы или микросхемы, электрическое сопротивление которого зависит от температурного фактора. Данные миниатюрные устройства для сопротивления были изобретены еще 90 лет назад, в 1930 году ученым-физиком Самюэлем Рубеном, однако и по сегодняшний день остаются крайне используемыми и необходимыми частями в цепи питания.

Зависимость от температур терморезисторов объяснима тем, что сами устройства изготавливают из устойчивых к температурам материалов, которые имеют высокую степень сопротивления, т.е. температурный коэффициент. Но к таким материалам не относятся чистые металлы или соединения на их основе – применимы только особые, специфические сплавы.

Для этого используют отходы металлургической промышленности, порошковые соединения из металла либо оксиды металла, из которых изготавливают данные приборы различной формы. Форма терморезисторов зависит от сферы применения устройства, т.е. в каком приборе, на какой плате по размеру оно будет применяться:

• Плоские и объемные;
• Круглые, овальные, капля;
• Диски, трубки, палочки, треугольники,
• Шайбы, шарики, пластинки.

Их размеры также очень вариативны – они могут быть как несколько сантиметровыми, так и размером с всего один микрон. Последние можно встретить разве что в микроэлектронике, на платах микроскопического вида.

Что такое термистор и позистор

Настало время обратить внимание собственно на сами термисторы и позисторы. Так вот: все терморезисторы делятся на две основные и глобальные категории, как раз на то, что собственно и называется термисторами и позисторами. Они в принципе практически по всем показателям идентичны, но тот один, которым они отличаются и формирует их разделение на разные компоненты. Речь идет о корреляции сопротивления материала устройства и его температуры.

Так позисторы имеют положительный температурный коэффициент сопротивления или положительное ТКС (из-за чего в научной литературе встречается и другая аббревиатура, где их часто называют PTC-термисторы). А термисторы – это подвид терморезисторов, имеющие отрицательное ТКС. Их можно встретить под общим названием NTC-термисторы.

Стоит также упомянуть, что на сегодняшний день существуют множество вариаций материалов, из которых изготавливаются все эти терморезисторы. Это, например, такие вещества и соединения как:

• Оксиды меди, никеля, кобальта или марганца;
• Металлы с легированием как германий или кремний;
• Титанат бария (применим в позисторах).

Принцип работы термистора и позистора

То есть получается, что когда температура внутри устройств повышается, то позистор в своем корпусе реагирует на этот фактор и повышает свое сопротивление. Термистор при нагреве корпуса – в свою очередь сопротивление термистора понижается.

Характеристики терморезисторов

Все данные части схемы, как позисторы, так и резисторы по термической шкале можно условно разделить на четыре общие группы:

• Класс с низким температурным режимом (эксплуатационная температура устройства на уровне 170 кельвинов);
• Класс со среднетемпературным режимом (эксплуатационная температура прибора варьируется от 170-ти и до 510 кельвинов);
• Класс с высокими показателями рабочей температуры (эксплуатация возможна и при температуре свыше 570 кельвинов);
• Отдельный класс или категория сверхтемпературных термисторов (рабочая температура может достигать порядка 900-1300 кельвинов).

Отдельно необходимо отметить, что работа данных устройств в климатических условиях с резкими перепадами температур, с воздействием сильной вибрации, влажности, ультразвука, шума, при высоких вольтовых нагрузках ухудшает все эксплуатационные показатели работы этих элементов сопротивления, меняя термоэлектрические характеристики. И даже при дальнейшей работе в закрытых помещениях без подобных негативных факторов номинальные характеристики не смогут соответствовать ожидаемым. Для таких случаев существуют отдельные дополнительные элементы такого рода, применимые как переменные резисторы – терморезисторы с нагревом косвенным способом. Они управляются напряжением, которое приходит на нагревательную пластину, которое задает и температуру, и последующее значение электрического сопротивления.

Режим эксплуатации терморезистора любого вида зависит от того, какое обозначение на схеме задает рабочая точка его вольтамперной характеристики. Сама ВАХ терморезистора определяется температурой, с которой нагревается корпус прибора, и отдельно конструкцией.

На линейном участке вольтамперной характеристики применяют такие элементы для создания или уменьшения сопротивления с целью проследить за изменениями температур и возместить в электрических цепях потери таких характеристик как протекающий ток и напряжение.Но точка эксплуатации обычно ставится на участке угасания ВАХ (особенно для термисторов).

Что касается самых востребованных на сегодняшний день моделей, то их характеристики обычно не превышают показателей средних температур, а это класс со значениями температурного коэффициента сопротивления в пределах от -2,4 до -8,4 % на 1 кельвин. Они могут справится объемами сопротивления как в омах, так и в мегаомах, т.е. их диапазон работы обширен.

Отдельно можно отметить позисторы с крайне малым температурным коэффициентом сопротивления, примерно 0,5-0,7 % на один кельвин, которые производятся из соединений кремниевого минерала. В таких случаях сопротивление будет фактически линейным. Они необходимы и широко применимы, в частности, в мощных электроустройствах для стабилизации систем нагрева и охлаждения полупроводниковых ключей, особенно силовых. На схеме или плате занимают достаточно мало места, компакты и универсальны.

Сферы применения терморезисторов

Так стоит сказать, что, например, термисторы часто применяются как:

• Пусковое устройство;
• Реле времени;
• Ограничивают пусковой ток, забирая всю излишнюю температуру на себя;
• В микроволновых печах для систем измерения и анализа интенсивности продуцируемого излучения;
• Для пожарной сигнализации и термоконтроля;
• В приборах для контроля расхода песка, щебня, гипса, порошка, жидкостей.

Термисторы используются повсеместно во многих сферах электроники, в частности для контроля нагрева определенных элементов. Они чаще встречаются в виде диска, а позисторы легко узнать в микроплате или схеме как прямоугольные черные боксы с покрытием из эмали.

А вот позисторы применимы чаще как:

• Датчики температуры в реле электрических моторов;
• В системах защиты оборудования, обмоток трансформаторов, системах размагничивания;
• Предохранители схем от излишних нагрузок током и напряжением;
• Самостабилизаторы;
• Термические датчики.

Их можно встретить даже на клеевых пистолетах, где они выступают в качестве нагревательного элемента для силиконовых палочек.