NTC热敏电阻的应用


NTC热敏电阻的应用

1 NTC热敏电阻简介半导体热敏电阻器是利用半导体材料的电阻率随温度变化的性质制成的温度敏感元件,按其温度特性分为正温度系数(PTC)热敏电阻器、负温度系数(NTC)热敏电阻器和临界温度系数(CTR)热敏电阻器等几类。NTC是NegativeTemperatureCoefficient的缩写,实为负温度系数之意,它是一种以钛酸钡为主要成分的高技术半导体功能陶瓷材料,其主要的特点是在工作温度范围内电阻随温度的升高而降低。利用其基本的电阻)温度特性、电压)电流特性,NTC系列热敏电阻已广泛应用于家用电器产品中,以达到自动增益调整、过负荷保护、温度控制、温度补偿、稳压稳幅等作用。

1.图1 电阻-温度特性


图1是NTC型热敏电阻的阻)温特性图。用于测量的NTC型热敏电阻,在较小的温度范围内,其电阻)温度特性关系为RT=R0eB1T-1T0,式中:RT、R0-温度T、T0时的电阻值;T-热力学温度;B-热敏电阻材料常数,一般取2000~6000K,可由下式表示



电阻温度系数


若B=4000K,T=323.15K(50°C),则a=-3.8%/°C。可见a是表征热敏电阻材料性能的重要参数。

1.2 伏安特性

       把静态情况下热敏电阻上的端电压与通过热敏电阻的电流之间的关系称为伏安特性。它是热敏电阻的重要特性,如图2所示。  

       由图2可见,热敏电阻只有在小电流范围内端电压和电流成正比,因为电压低时电流也小,温度没有显著升高,它的电流和电压关系符合欧姆定律。但当电流增加到一定数值时,元件由于温度升高而阻值下降,故电压反而下降。因此,要根据热敏电阻的允许功耗来确定电流,在测温中电流不能选得太高。


2 NTC热敏电阻应用实例分析

2.1 在电风扇温控电路中的应用

       图3所示为一电风扇温控开关电路,图中VD1~VD4组成的桥式整流电路和单相可控硅VS构成主回路,运算放大器IC2作为温控电路的比较器,IC2的输入端电阻R1~R4组成单臂电桥。VS的控制极连接IC2的输出端,受IC2的输出控制。降压电阻R0和电源集成块IC1组成简单电源,为电桥和比较器提供直流电压。桥臂R2~R4阻值固定且相等,桥臂R1阻值可变,由电位器RP和具有负温度系数的NTC热敏电阻RT组成。RT为温控电路的温度传感元件,其阻值随环境温度而变化,RP为温度预置元件,调节RP可将温度预置在某一温度状态。当环境温度低于预置温度时,R1阻值较大,使比较器IC2同相输入端电压低于反向输入端电压,即UR2UR4,IC2输出高电平触发VS导通,串接在主电路中的电风扇接入市电并开始运转。电路中的开关S为温控选择开关,如果合上S,则温控电路将不起作用,只有断开S时温控电路才起作用,这样可供人们随意选择。


2.2 在RC振荡器中的应用


图4所示为一RC桥式振荡器,又称文氏桥振荡器,它由同相放大器和具有选频作用的RC串并联正反馈网络组成。

集成运放LM741组成同相放大电路,6脚输出频率为f0的信号通过RC串并联网络反馈到放大器的输入端3脚。因为RC选频网络的反馈系数F=1/3,因此,只要使放大器的放大倍数Auf=3,就能满足振幅平衡条件;由于同相放大器的输入信号与输出信号的相位差为0b,RC串并联选频网络的移相也为0b,所以信号的总相移满足相位平衡条件,属正反馈。因此,电路对信号中频率为f0的分量能够产生自激振荡,而其他的频率分量由于选频网络的作用,反馈电压低,相移不为零,则不产生自激振荡。

RC桥式振荡电路的振荡频率取决于RC选频回路的R1、R2、C1、C2参数。通常情况下,R1=R2=R,C1=C2=C,振荡频率为f0=12PRC。

在RC桥式振荡器电路中,反馈电阻Rf常采用具有负温度系数的NTC热敏电阻以便顺利起振。当振荡器的输出幅度增大时,流过Rf的电流增强,随热敏电阻的温度上升其电阻变小,使放大器的增益下降,从而自动调节振荡输出信号趋于稳定。

2.3 温度补偿

       仪表中通常用的一些零件,多数是用金属丝制成的,例如线圈、线绕电阻等。金属一般具有正的温度系数,采用负的温度系数的热敏电阻进行补偿,可以抵消由于温度变化所产生的误差。实际应用时,将负温度系数的热敏电阻与锰铜丝电阻并联后再与被补偿元件串联,如图5所示。

2.4 热敏电阻测温电路

       图6所示为热敏电阻测温原理图,RT1和RT2为两个匹配的珠状热敏电阻,只要RT1和RT2有温差,放大器就会输出与温差有关的信号。这个电路由于结构简单,一般情况下可测出0.01e的温差,因而被普遍使用。

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