Що таке термістори і позистори: класифікація і області застосування

Щоб почати розмову про термісторах і позисторах, варто згадати таке поняття, звичне для всіх електриків і електронників, як терморезистори, якими по суті є як термістори, так і позистори. Терморезистор – це напівпровідникові елементи будь-якої електричної схеми або мікросхеми, електричний опір якого залежить від температурного фактора. Дані мініатюрні пристрої для опору були винайдені ще 90 років тому, в 1930 році вченим-фізиком Самюелем Рубеном, однак і по сьогоднішній день залишаються вкрай використовуваними і необхідними частинами в ланцюзі живлення.

Залежність від температур терморезисторів з'ясовна тим, що самі пристрої виготовляють зі стійких до температур матеріалів, які мають високий ступінь опору, тобто температурний коефіцієнт. Але до таких матеріалів не відносяться чисті метали або сполуки на їх основі – застосовні тільки особливі, специфічні Сплави.

Для цього використовують відходи металургійної промисловості, Порошкові з'єднання з металу або оксиди металу, з яких виготовляють дані прилади різної форми. Форма терморезисторів залежить від сфери застосування пристрою, тобто в якому приладі, на якій платі за розміром воно буде застосовуватися:

• Плоскі і об'ємні;
• Круглі, овальні, крапля;
• Диски, трубки, палички, трикутники,
• Шайби, кульки, пластинки.

Їх розміри також дуже варіативні – вони можуть бути як кілька сантиметровими, так і розміром з всього один мікрон. Останні можна зустріти хіба що в мікроелектроніці, на платах мікроскопічного виду.

Що таке термістор і позистор

Настав час звернути увагу власне на самі термістори і позистори. Так ось: всі терморезистори діляться на дві основні і глобальні категорії, як раз на те, що власне і називається термісторами і позисторами. Вони в принципі практично за всіма показниками ідентичні, але той один, яким вони відрізняються і формує їх поділ на різні компоненти. Йдеться про кореляцію опору матеріалу пристрою і його температури.

Так позистори мають позитивний температурний коефіцієнт опору або позитивне ТКС (через що в науковій літературі зустрічається й інша абревіатура, де їх часто називають PTC-термістор). А термістори – це підвид терморезисторів, що мають негативне ТКС. Їх можна зустріти під загальною назвою NTC-термістор.

Варто також згадати, що на сьогоднішній день існують безліч варіацій матеріалів, з яких виготовляються всі ці терморезистори. Це, наприклад, такі речовини і сполуки як:

• Оксиди міді, нікелю, кобальту або марганцю;
• Метали з легуванням як германій або кремній;
• Титанат барію (застосуємо в позисторах).

Принцип роботи термістора і позистора

Тобто виходить, що коли температура всередині пристроїв підвищується, то позистор в своєму корпусі реагує на цей фактор і підвищує свій опір. Термістор при нагріванні корпусу – у свою чергу опір термістора знижується.

Характеристики терморезисторів

Всі дані частини схеми, як позистори, так і резистори за термічною шкалою можна умовно розділити на чотири загальні групи:

• Клас з низьким температурним режимом (експлуатаційна температура пристрою на рівні 170 кельвінів);
• Клас із середньотемпературним режимом (експлуатаційна температура приладу варіюється від 170-ти і до 510 кельвінів);
• Клас з високими показниками робочої температури (експлуатація можлива і при температурі понад 570 кельвінів);
• Окремий клас або Категорія надтемпературних термісторів (робоча температура може досягати близько 900-1300 кельвінів).

Окремо необхідно відзначити, що робота даних пристроїв в кліматичних умовах з різкими перепадами температур, з впливом сильної вібрації, вологості, ультразвуку, шуму, при високих вольтових навантаженнях погіршує всі експлуатаційні показники роботи цих елементів опору, змінюючи термоелектричні характеристики. І навіть при подальшій роботі в закритих приміщеннях без подібних негативних факторів номінальні характеристики не зможуть відповідати очікуваним. Для таких випадків існують окремі додаткові елементи такого роду, застосовні як змінні резистори – терморезистори з нагріванням непрямим способом. Вони управляються напругою, яке приходить на нагрівальну пластину, яке задає і температуру, і подальше значення електричного опору.

Режим експлуатації терморезистора будь-якого виду залежить від того, яке позначення на схемі задає робоча точка його вольтамперної характеристики. Сама ВАХ терморезистора визначається температурою, з якою нагрівається корпус приладу, і окремо конструкцією.

На лінійній ділянці вольтамперної характеристики застосовують такі елементи для створення або зменшення опору з метою простежити за змінами температур і відшкодувати в електричних ланцюгах втрати таких характеристик як протікає струм і напруга.Але точка експлуатації зазвичай ставиться на ділянці згасання ВАХ (особливо для термісторів).

Що стосується найбільш затребуваних на сьогоднішній день моделей, то їх характеристики зазвичай не перевищують показників середніх температур, а це клас зі значеннями температурного коефіцієнта опору в межах від -2,4 до -8,4 % на 1 Кельвін. Вони можуть впорається обсягами опору як в омах, так і в мегаомах, тобто їх діапазон роботи великий.

Окремо можна відзначити позистори з вкрай малим температурним коефіцієнтом опору, приблизно 0,5-0,7 % на один Кельвін, які виробляються із сполук кремнієвого мінералу. У таких випадках опір буде фактично лінійним. Вони необхідні і широко застосовні, зокрема, в потужних електропристроях для стабілізації систем нагріву і охолодження напівпровідникових ключів, особливо силових. На схемі або платі займають досить мало місця, компакти і універсальні.

Сфери застосування терморезисторів

Так варто сказати, що, наприклад, термістори часто застосовуються як:

• Пускач;
• Реле часу;
• Обмежують пусковий струм, забираючи всю зайву температуру на себе;
• В мікрохвильових печах для систем вимірювання та аналізу інтенсивності продукується випромінювання;
• Для пожежної сигналізації та термоконтролю;
• У приладах для контролю витрати піску, щебеню, гіпсу, порошку, рідин.

Термістори використовуються повсюдно в багатьох сферах електроніки, зокрема для контролю нагріву певних елементів. Вони частіше зустрічаються у вигляді диска, а позистори легко впізнати в мікроплаті або схемі як прямокутні чорні бокси з покриттям з емалі.

А ось позистори застосовні частіше як:

• Датчики температури в реле електричних моторів;
• У системах захисту обладнання, обмоток трансформаторів, системах розмагнічування;
• Запобіжники схем від зайвих навантажень струмом і напругою;
• Самостабилизаторы;
• Термічні датчики.

Їх можна зустріти навіть на клейових пістолетах, де вони виступають в якості нагрівального елементу для силіконових паличок.