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NTC热敏电阻

片式NTC热敏电阻【Chip NTC Thermistor】

片式叠层NTC热敏电阻
全称:片式叠层负温度系数热敏电阻器,简称:片式NTC。
主要规格尺寸,按英制标准分为:0402、 0603、0805、1206等。
B值范围:3000~4650,B值精度:±0.5~5%
标称电阻值(指25℃时的零功率电阻)范围:220R~4.7mR,阻值精度:±0.5~10%。

NTC是Negative Temperature Coefficient 的缩写,即负温度系数,NTC热敏电阻器就是一种负温度系数的电阻器,其阻值随环境温度的升高而降低。它是由二种或四种铁、钴、镍、锰或铜等金属氧化物为主要材料,这些金属氧化物材料都具有半导体性质(因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料),当温度低时,内部的载流子(电子和孔穴)数目少,所以其电阻值较高;随着温度的升高,载流子数目增加,所以电阻值降低。片式NTC是采用叠层独石结构,经过成型并在高温(1200~1500℃)烧结而成。

片式厚膜线性NTC热敏电阻
片式厚膜型线性热敏电阻器采用厚膜印刷工艺,其外观和使用都与普通片式电阻完全一样,与传统的片式叠层NTC热敏电阻器相比,主要的优点在于:片式厚膜型NTC热敏电阻器的NTC功能层是印刷在AL2O3陶瓷基板上,全部使用玻璃釉或环氧包封,使其机械性能(下弯度3mm,传统叠层片式NTC下弯度1mm)和耐腐蚀性能领先于传统流延片式NTC热敏电阻器,其NTC功能层厚度只有几十微米,只有传统流延NTC热敏电阻器功能层厚度的1/100,使其具有卓越的响应速度、热时间常数(0402型τ≤1S),传统叠层片式NTC的响应时间一般>3S。

 
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片式热敏电阻器选购常识
什么是热敏电阻器?
热敏电阻器有几种?如何分类?
热敏电阻其主要类型和参数有哪些?
贴片磁珠和贴片电感的区别?
片式磁珠和片式电感的应用场合
如何正确选择磁珠?
如何选用磁珠?
如何选择磁珠厂家和经销商?
 

什么是热敏电阻器?

热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件.热敏电阻由半导体陶瓷材料组成,利用的原理是温度引起电阻变化.若电子和空穴的浓度分别为n、p,迁移率分别为μn、μp,则半导体的电导为: σ=q(nμn+pμp) 因为n、p、μn、μp都是依赖温度T的函数,所以电导是温度的函数,因此可由测量电导而推算出温度的高低,并能做出电阻-温度特性曲线.这就是半导体热敏电阻的工作原理. 热敏电阻包括正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)热敏电阻,以及临界温度热敏电阻(CTR).它们的电阻-温度特性如图1所示.热敏电阻的主要特点是:
①灵敏度较高,其电阻温度系数要比金属大10~100倍以上,能检测出10-6℃的温度变化;
②工作温度范围宽,常温器件适用于- 55℃~315℃,高温器件适用温度高于315℃(目前最高可达到2000℃),低温器件适用于-273℃~55℃;
③体积小,能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度;
④使用方便,电阻值可在0.1~100kΩ间任意选择;
⑤易加工成复杂的形状,可大批量生产;
⑥稳定性好、过载能力强. 由于半导体热敏电阻有独特的性能,所以在应用方面,它不仅可以作为测量元件(如测量温度、流量、液位等),还可以作为控制元件(如热敏开关、限流器)和电路补偿元件.热敏电阻广泛用于家用电器、电力工业、通讯、军事科学、宇航等各个领域,发展前景极其广阔.

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热敏电阻器有几种?如何分类?

一、PTC热敏电阻

PTC(Positive Temperature Coeff1Cient)是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象或材料,可专门用作恒定温度传感器.该材料是以BaTiO3或 SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体,其中掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导化,常将这种半导体化 的BaTiO3等材料简称为半导(体)瓷;同时还添加增大其正电阻温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物,采用一般陶瓷工艺成 形、高温烧结而使钛酸铂等及其固溶体半导化,从而得到正特性的热敏电阻材料.其温度系数及居里点温度随组分及烧结条件(尤其是冷却温度)不同而变化.
钛酸钡晶体属于钙钛矿型结构,是一种铁电材料,纯钛酸钡是一种绝缘材料.在钛酸钡材料中加入微量稀土元素,进行适当热处理后,在居里温度附近,电阻率陡增 几个数量级,产生PTC效应,此效应与BaTiO3晶体的铁电性及其在居里温度附近材料的相变有关.钛酸钡半导瓷是一种多晶材料,晶粒之间存在着晶粒间界 面.该半导瓷当达到某一特定温度或电压,晶体粒界就发生变化,从而电阻急剧变化.
钛酸钡半导瓷的PTC效应起因于粒界(晶粒间界).对于导电电子来说,晶粒间界面相当于一个势垒.当温度低时,由于钛酸钡内电场的作用,导致电子极容易越 过势垒,则电阻值较。蔽露壬叩骄永锏阄露龋戳俳缥露龋└浇,内电场受到破坏,它不能帮助导电电子越过势垒.这相当于势垒升高,电阻值突然增大, 产生PTC效应.钛酸钡半导瓷的PTC效应的物理模型有海望表面势垒模型、丹尼尔斯等人的钡缺位模型和叠加势垒模型,它们分别从不同方面对PTC效应作出 了合理解释.
实验表明,在工作温度范围内,PTC热敏电阻的电阻-温度特性可近似用实验公式表示:
RT=RT0expBp(T-T0)
式中RT、RT0表示温度为T、T0时电阻值,Bp为该种材料的材料常数.
PTC效应起源于陶瓷的粒界和粒界间析出相的性质,并随杂质种类、浓度、烧结条件等而产生显著变化.最近,进入实用化的热敏电阻中有利用硅片的硅温度敏感元件,这是体型且精度高的PTC热敏电阻,由n型硅构成,因其中的杂质产生的电子散射随温度上升而增加,从而电阻增加.
PTC热敏电阻于1950年出现,随后1954年出现了以钛酸钡为主要材料的PTC热敏电阻.PTC热敏电阻在工业上可用作温度的测量与控制,也用于汽车 某部位的温度检测与调节,还大量用于民用设备,如控制瞬间开水器的水温、空调器与冷库的温度,利用本身加热作气体分析和风速机等方面.下面简介一例对加热 器、马达、变压器、大功率晶体管等电器的加热和过热;し矫娴挠τ。
PTC热敏电阻除用作加热元件外,同时还能起到“开关”的作用,兼有敏感元件、加热器和开关三种功能,称之为“热敏开关”,如图2和3所示.电流通过元件 后引起温度升高,即发热体的温度上升,当超过居里点温度后,电阻增加,从而限制电流增加,于是电流的下降导致元件温度降低,电阻值的减小又使电路电流增 加,元件温度升高,周而复始,因此具有使温度保持在特定范围的功能,又起到开关作用.利用这种阻温特性做成加热源,作为加热元件应用的有暖风器、电烙铁、 烘衣柜、空调等,还可对电器起到过热;ぷ饔茫
二、NTC热敏电阻
NTC(Negative Temperature Coeff1Cient)是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料.该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种 以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷,可制成具有负温度系数(NTC)的热敏电阻.其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结 气氛、烧结温度和结构状态不同而变化.现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系NTC热敏电阻材料.
NTC热敏半导瓷大多是尖晶石结构或其他结构的氧化物陶瓷,具有负的温度系数,电阻值可近似表示为:
式中RT、RT0分别为温度T、T0时的电阻值,Bn为材料常数.陶瓷晶粒本身由于温度变化而使电阻率发生变化,这是由半导体特性决定的.
NTC热敏电阻器的发展经历了漫长的阶段.1834年,科学家首次发现了硫化银有负温度系数的特性.1930年,科学家发现氧化亚铜-氧化铜也具有负温度 系数的性能,并将之成功地运用在航空仪器的温度补偿电路中.随后,由于晶体管技术的不断发展,热敏电阻器的研究取得重大进展.1960年研制出了N1C热 敏电阻器.NTC热敏电阻器广泛用于测温、控温、温度补偿等方面.下面介绍一个温度测量的应用实例,NTC热敏电阻测温用原理如图4所示.
它的测量范围一般为-10~+300℃,也可做到-200~+10℃,甚至可用于+300~+1200℃环境中作测温用.RT为NTC热敏电阻器;R2和 R3是电桥平衡电阻;R1为起始电阻;R4为满刻度电阻,校验表头,也称校验电阻;R7、R8和W为分压电阻,为电桥提供一个稳定的直流电源.R6与表头 (微安表)串联,起修正表头刻度和限制流经表头的电流的作用.R5与表头并联,起;ぷ饔茫诓黄胶獾缜疟郏碦1、RT)接入一只热敏元件RT作温度传 感探头.由于热敏电阻器的阻值随温度的变化而变化,因而使接在电桥对角线间的表头指示也相应变化.这就是热敏电阻器温度计的工作原理.

热敏电阻器温度计的精度可以达到0.1℃,感温时间可少至10s以下.它不仅适用于粮仓测温仪,同时也可应用于食品储存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、高空、冰川等方面的温度测量.

三、CTR热敏电阻

临界温度热敏电阻CTR(Crit1Cal Temperature Resistor)具有负电阻突变特性,在某一温度下,电阻值随温度的增加激剧减小,具有很大的负温度系数.构成材料是钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合 烧结体,是半玻璃状的半导体,也称CTR为玻璃态热敏电阻.骤变温度随添加锗、钨、钼等的氧化物而变.这是由于不同杂质的掺入,使氧化钒的晶格间隔不同造 成的.若在适当的还原气氛中五氧化二钒变成二氧化钒,则电阻急变温度变大;若进一步还原为三氧化二钒,则急变消失.产生电阻急变的温度对应于半玻璃半导体 物性急变的位置,因此产生半导体-金属相移.CTR能够作为控温报警等应用.

热敏电阻的理论研究和应用开发已取得了引人注目的成果.随着高、精、尖科技的应用,对热敏电阻的导电机理和应用的更深层次的探索,以及对性能优良的新材料的深入研究,将会取得迅速发展.

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热敏电阻的基本特性 :

NTC热敏电阻是指具有负温度系数的热敏电阻。是使用单一高纯度材料、具有 接近理论密度结构的高性能陶瓷。因此,在实现小型化的同时,还具有电阻值、 温度特性波动小、对各种温度变化响应快的特点,可进行高灵敏度、高精度的 检测。本公司提供各种形状、特性的小型、高可靠性产品,可满足广大客户的 应用需求。

电阻-温度特性

热敏电阻的电阻-温度特性可近似地用式1表示。

(式1) R=R o exp {B(I/T-I/T o )}

R : 温度T(K)时的电阻值
Ro : 温度T0(K)时的电阻值
B : B 值
*T(K)= t(oC)+273.15


但实际上,热敏电阻的B值并非是恒定的,其变化大小因材料构成而异,最大甚至可达5K/°C。因此在较大的温度范围内应用式1时,将与实测值之间存在一定误差。

此处,若将式1中的B值用式2所示的作为温度的函数计算时,则可降低与实测值之间的误差,可认为近似相等。

(式2) B T =CT 2 +DT+E

上式中,C、D、E为常数。
另外,因生产条件不同造成的B值的波动会引起常数E发生变化,但常数C、D 不变。因此,在探讨B值的波动量时,只需考虑常数E即可。


? 常数C、D、E的计算
常数C、D、E可由4点的(温度、电阻值)数据 (T 0 , R 0 ). (T 1 , R 1 ). (T 2 , R 2 ) and (T 3 , R 3 ),通过式3~6计算。
首先由式样3根据T 0 和T 1 ,T 2 ,T 3 的电阻值求出B 1 ,B 2 ,B 3 ,然后代入以下各式样。




? 电阻值计算例

试根据电阻-温度特性表,求25°C时的电阻值为5(kΩ),B值偏差为50(K)的热敏电阻在10°C~30°C的电阻值。

? 步 骤

(1) 根据电阻-温度特性表,求常数C、D、E。

T o =25+273.15 T 1 =10+273.15 T 2 =20+273.15 T 3 =30+273.15

(2) 代入B T =CT 2 +DT+E+50,求B T 。

(3) 将数值代入R=5exp {(B T I/T-I/298.15)},求R。
*T : 10+273.15~30+273.15



? 电阻-温度特性图如图1所示

电阻温度系数

所谓电阻温度系数(α),是指在任意温度下温度变化1°C(K)时的零负载电阻变化率。电阻温度系数(α)与B值的关系,可将式1微分得到。



这里α前的负号(-),表示当温度上升时零负载电阻降低。

散热系数 (JIS-C2570)

散热系数(δ)是指在热平衡状态下,热敏电阻元件通过自身发热使其温度上升1°C时所需的功率。
在热平衡状态下,热敏电阻的温度T 1 、环境温度T2及消耗功率P之间关系如下式所示。



产品目录记载值为下列测定条件下的典型值。

    (1) 25°C静止空气中。
    (2) 轴向引脚、经向引脚型在出厂状态下测定。

额定功率(JIS-C2570)

在额定环境温度下,可连续负载运行的功率最大值。
产品目录记载值是以25°C为额定环境温度、由下式计算出的值。

(式) 额定功率=散热系数×(最高使用温度-25)

最大运行功率

最大运行功率=t×散热系数 … (3.3)
这是使用热敏电阻进行温度检测或温度补偿时,自身发热产生的温度上升容许值所对应功率。(JIS中未定义。)容许温度上升t°C时,最大运行功率可由下式计算。

对应环境温度变化的热响应时间常数(JIS-C2570)

指在零负载状态下,当热敏电阻的环境温度发生急剧变化时,热敏电阻元件产生最初温度与最终温度两者温度差的63.2%的温度变化所需的时间。

热敏电阻的环境温度从T 1 变为T 2 时,经过时间t与热敏电阻的温度T之间存在以下关系。

T= (T 1 -T 2 )exp(-t/τ)+T 2 ......(3.1)
(T 2 -T 1 ){1-exp(-t/τ)}+T 1 .....(3.2)
常数τ称热响应时间常数。
上式中,若令t=τ时,则(T-T 1 )/(T 2 -T 1 )=0.632。

换言之,如上面的定义所述,热敏电阻产生初始温度差63.2%的温度变化所需的时间即为热响应时间常数。

经过时间与热敏电阻温度变化率的关系如下表所示。




产品目录记录值为下列测定条件下的典型值。
    (1) 静止空气中环境温度从50°C至25°C变化时,热敏电阻的温度变化至34.2°C所需时间。
    (2) 轴向引脚、径向引脚型在出厂状态下测定。

另外应注意,散热系数、热响应时间常数随环境温度、组装条件而变化。


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热敏电阻主要类型和参数有哪些?

热敏电阻器 (thermistor)——型号MZ、MF:

是一种对温度反应较敏感、阻值会随着温度的变化而变化的非线性电阻器,通常由单晶、多晶半导体材料制成。

文字符号: “RT”或“R”

热敏电阻器的种类:

A.按结构及形状分类——圆片形(片状)、圆柱形(柱形)、圆圈形(垫圈形)等多种热敏电阻器。

B.按温度变化的灵敏度分类——高灵敏度型(突变型)、低灵敏度型(缓变型)热敏电阻器。

C.按受热方式分类——直热式热敏电阻器、旁热式热敏电阻器。

D.按温变(温度变化)特性分类——正温度系数(PTC)、负正温度系数(NTC)热敏电阻器。

热敏电阻器的主要参数: 除标称阻值、额定功率和允许偏差等基本指标外,还有如下指标:
1)测量功率:指在规定的环境温度下,电阻体受测量电源加热而引起阻值变化不超过0.1%时所消耗的功率。
2)材料常数:是反应热敏电阻器热灵敏度的指标。通常,该值越大,热敏电阻器的灵敏度和电阻率越高。
3)电阻温度系数:表示热敏电阻器在零功率条件下,其温度每变化1℃所引起电阻值的相对变化量。
4)热时间常数:指热敏电阻器的热惰性。即在无功功率状态下,当环境温度突变时,电阻体温度由初值变化到最终温度之差的63.2%所需的时间。
5)耗散系数:指热敏电阻器的温度每增加1℃所耗散的功率。
6)开关温度:指热敏电阻器的零功率电阻值为最低电阻值两倍时所对应的温度。
7)最高工作温度:指热敏电阻器在规定的标准条件下,长期连续工作时所允许承受的最高温度。
8)标称电压:指稳压用热敏电阻器在规定的温度下,与标称工作电流所对应的电压值。
9)工作电流:指稳压用热敏电阻器在在正常工作状态下的规定电流值。
10)稳压范围:指稳压用热敏电阻器在规定的环境温度范围内稳定电压的范围值。
11)最大电压:指在规定的环境温度下,热敏电阻器正常工作时所允许连续施加的最高电压值。
12)绝缘电阻:指在规定的环境条件下,热敏电阻器的电阻体与绝缘外壳之间的电阻值。

●正温度系数热敏电阻器(PTC—positive temperature coefficient thermistor)

结构——用钛酸钡(BaTiO3)、锶(Sr)、锆(Zr)等材料制成的。
属直热式热敏电阻器。
特性——电阻值与温度变化成正比关系,即当温度升高时电阻值随之增大。在常温下,其电阻值较小,仅有几欧姆~几十欧姆;当流经它的电流超过额定值时,其电阻值能在几秒钟内迅速增大至数百欧姆~数千欧姆以上。
作用与应用——广泛应用于彩色电视机消磁电路、电冰箱压缩机启动电路及过热或过电流;さ鹊缏分、还可用于电驱蚊器和卷发器、电热垫、暖器等小家电中。

●负温度系数热敏电阻器(NTC—negative temperature coefficient thermistor)

结构——用锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、铝(Al)等金属氧化物(具有半导体性质)或碳化硅(Sic)等材料采用陶瓷工艺制成的。
特性——电阻值与温度变化成反比关系,即当温度升高时,电阻值随之减小。
作用与应用——广泛应用于电冰箱、空调器、微波炉、电烤箱、复印机、打印机等家电及办公产品中,作温度检测、温度补偿、温度控制、微波功率测量及稳压控制用。

 

贴片电容【Multilayer Chip Ceramic Capacitor

全称:多层(积层、叠层)片式陶瓷电容器,也称为贴片电容、片容,英文缩写:MLCC。
主要规格尺寸,按英制标准分为:0201、0402、0603、0805、1206;以及大规格的1210、1808、1812、2220、2225、3012、3035等。
容量范围:0.5pF~100uF,其中,一般认为容量在1uF以上为大容量电容。
额定电压:从4V到4KV(DC),当额定电压在100V及以上时,即归纳为中高压产品。

片式电容的稳定性及容量精度与其采用的介质材料存在对应关系,主要分为三大类别:
一、是以COG/NPO为I类介质的高频电容器,其温度系数为±30ppm/℃,电容量非常稳定,几乎不随温度、电压和时间的变化而变化,主要应用于高频电子线路,如振荡、计时电路等;其容量精度主要为±5%,以及在容量低于10pF时,可选用B档(±0.1pF)、C档(±0.25pF)、D档(±0.5pF)三种精度。
二、是以X7R为II类介质的中频电容器,其温度系数为±15%,电容量相对稳定,适用于各种旁路、耦合、滤波电路等,其容量精度主要为K档(±10%)。
特殊情况下,可提供J档(±5%)精度的产品。
三、是以Y5V为II类介质的低频电容器,其温度系数为:+30~-80%,电容量受温度、电压、时间变化较大,一般只适用于各种滤波电路中。
其容量精度主要为Z档(+80~-20%),也可选择±20%精度的产品。

正确选择一颗片式电容时,除了要提供其规格尺寸及容量大小外,还必须特别注意到电路对这颗片式电容的温度系数、额定电压等参数的要求。

目前,我们主要提供以下系列片式电容产品:

  • 通用系列、大容量系列、直流中高压系列、超薄型系列、片式三端陶瓷滤波器(EMI)、四联体/二联体片式电容器(片式排容)等。
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