熱敏電阻的發(fā)展歷程與特性

熱敏電阻確保自動(dòng)化設(shè)備

穩(wěn)定運(yùn)作

熱敏電阻（thermistor）的電阻值可隨著溫度的變化而改變，因此成為監(jiān)控電子產(chǎn)品溫度的理想器件，此外，PTC熱敏電阻也可用于擔(dān)任自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，在確保工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備安全運(yùn)作的過(guò)程中，扮演重要的角色。本文將為您介紹熱敏電阻的發(fā)展歷程與特性，以及由村田制作所（Murata）所推出的相關(guān)解決方案。

熱敏電阻是理想的溫度傳感器

熱敏電阻（thermistor）是一種傳感器電阻，電阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變，且體積隨溫度的變化較一般的固定電阻要大很多。熱敏電阻屬可變電阻的一類(lèi)，廣泛應(yīng)用于各種電子組件中，主要用于測(cè)量、控制和監(jiān)測(cè)溫度，并且具有許多應(yīng)用，例如涌浪電流限制器、溫度傳感器、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲、自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱器等。

不同于電阻溫度計(jì)使用純金屬，在熱敏電阻中使用的材料通常是陶瓷或聚合物。兩者也有不同的溫度響應(yīng)性質(zhì)，電阻溫度計(jì)適用于較大的溫度范圍，而熱敏電阻通常在有限的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高的精度，通常是-90℃?130℃。

熱敏電阻被廣泛應(yīng)用于溫度傳感器中，用來(lái)測(cè)量環(huán)境或物體的溫度，熱敏電阻也可用于電子設(shè)備中的溫度補(bǔ)償，以確保電子組件在不同溫度下的正確操作，這有助于提高設(shè)備的精確性和穩(wěn)定性。

熱敏電阻還可用于溫度控制系統(tǒng)中，例如恒溫器、加熱器和冷卻器，以維持特定溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定溫度。熱敏電阻也可以用于設(shè)備中的過(guò)熱保護(hù)應(yīng)用，以防止過(guò)度加熱并避免損壞。

熱敏電阻具有溫度敏感性，使其成為理想的溫度傳感器，可以提供高靈敏度的溫度測(cè)量，并且能夠在廣泛的溫度范圍內(nèi)工作。此外，熱敏電阻的電阻-溫度關(guān)系通常是非線性的，因此需要校正和適當(dāng)?shù)碾娐穪?lái)轉(zhuǎn)換電阻變化為溫度數(shù)據(jù)。另一方面，熱敏電阻對(duì)溫度變化有相對(duì)快速的響應(yīng)時(shí)間，這使它們適用于需要實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)和控制的應(yīng)用。

NTC熱敏電阻廣泛用于各種電子產(chǎn)品

通常，“熱敏電阻”一詞指代的就是NTC（Negative Temperature Coefficient，負(fù)溫度系數(shù)）熱敏電阻。1833 年，當(dāng)時(shí)正在研究硫化銀半導(dǎo)體的邁克爾·法拉第（Michael Faraday）發(fā)現(xiàn)熱敏電阻，塞繆爾·魯本（Samuel Reuben）則于 20 世紀(jì)30年代實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化。NTC 熱敏電阻是一種由錳（Mn）、鎳（Ni）和鈷（Co）組成的氧化物半導(dǎo)體陶瓷。

NTC熱敏電阻隨溫度變化，電阻值會(huì)產(chǎn)生3～5%/℃的變化。它經(jīng)常作為一般的溫度傳感器用于電子設(shè)備中。NTC熱敏電阻在我們的生活中隨處可見(jiàn)，由于阻值隨溫度的升高而降低的特性，它不僅被用作溫度計(jì)、空調(diào)中的溫度感應(yīng)裝置，抑或是智能手機(jī)、熱水壺及熨斗中的溫度控制裝置，還被用于電源設(shè)備中的電流控制。

Murata于1984年左右開(kāi)始量產(chǎn)NTC熱敏電阻，目前擁有以芯片為主的產(chǎn)品陣容。Murata的NTC熱敏電阻使用高精度、高靈敏的陶瓷，有表面貼裝（SMD）、引線等各種型號(hào)，用于突入電流抑制、溫度補(bǔ)償?shù)确矫?，有片狀型、引線型等多種類(lèi)產(chǎn)品系列可供選擇。

Murata的NTC熱敏電阻有多種系列，NCU系列是Murata熱敏電阻的新成員，是SMD型溫度傳感器，具有高可靠性，可用于對(duì)信賴性要求很高的汽車(chē)市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)寬溫度范圍的溫度檢測(cè)和溫度補(bǔ)償功能。

NCP 系列則是片狀式 SMD 型溫度傳感器，可以用作溫度檢測(cè)、溫度補(bǔ)償用，尺寸有06 x 03～20 x 12mm，可以用在手機(jī)、電腦、LED 照明等領(lǐng)域。

NCG 系列則是SMD型溫度傳感器，可用于各種溫度檢測(cè)和溫度補(bǔ)償，還可用于有高可靠性需求的汽車(chē)應(yīng)用。NCG系列則是導(dǎo)電粘合劑安裝限制產(chǎn)品，它與焊接安裝不兼容。

NXF系列則是軟引線型NTC熱敏電阻，是業(yè)內(nèi)超小級(jí)別的帶有小型感測(cè)頭的引線型溫度傳感器，特點(diǎn)是小型、高靈敏度。另外，NXF系列的引線部分柔性好，可以提供長(zhǎng)度在21mm～50mm的產(chǎn)品。

PTC熱敏電阻可作為自恢復(fù)保險(xiǎn)絲

在1940年代初，由日本、美國(guó)、蘇聯(lián)發(fā)現(xiàn)的鈦酸鋇（BaTiO3），常溫下比電阻一般大于1010Ω?cm。1952年，Philips（荷蘭）的海曼（Haayman）等人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)添加少量稀土元素（Y、Bi、Sb等），其比電阻變?yōu)?0～106Ω·cm，且材料的溫度特性與居里點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，這便是PTC熱敏電阻的誕生。1961年，PTC熱敏電阻由Murata搶先開(kāi)始量產(chǎn)，并獲得了POSISTOR的注冊(cè)商標(biāo)。

PTC熱敏電阻的特點(diǎn)是能夠通過(guò)非常簡(jiǎn)單的電路配置檢測(cè)設(shè)備何時(shí)過(guò)熱。另一方面，也有利用PTC熱敏電阻特有的“自發(fā)熱”的應(yīng)用，通過(guò)施加大電流，電阻值因自身發(fā)熱而上升，可以抑制電流。它們用于保護(hù)IC免受由于組件故障、錯(cuò)誤接線等原因流過(guò)電路的異常電流的影響。PTC熱敏電阻可作為自恢復(fù)保險(xiǎn)絲使用，當(dāng)異常情況排除時(shí)，會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的電阻值。

Murata POSISTOR PTC熱敏電阻采用具有優(yōu)異可靠性及性能的陶瓷材料制成。齊全的產(chǎn)品線不僅涵蓋了不同的封裝形式（表面貼裝型，引線直插型），同時(shí)也覆蓋了用于不同應(yīng)用的產(chǎn)品如過(guò)電流保護(hù)用，過(guò)熱保護(hù)用以及突入電流抑制用。

Murata PRF系列的PTC熱敏電阻為SMD型，可用于過(guò)熱檢測(cè)，這種溫度檢測(cè)用片狀PTC熱敏電阻，利用其高于一定溫度時(shí)，電阻值急劇增加的特性，可用于FET、功率IC及其他發(fā)熱處的過(guò)熱檢測(cè)。PRF系列利用電氣阻抗急速變化的特性，具有良好的抗噪性。此外，由于阻值變化迅速，即使是具有多個(gè)發(fā)熱點(diǎn)的PTC串聯(lián)的簡(jiǎn)單電路中，也可以正確的進(jìn)行過(guò)熱檢測(cè)。因此，可以減少I(mǎi)C端口數(shù)，為設(shè)備小型化做出貢獻(xiàn)。

PRG系列（自恢復(fù)保險(xiǎn)絲）則是可用于過(guò)流保護(hù)裝置的PTC熱敏電阻，具有快速動(dòng)作的特點(diǎn)，可在因短路等原因產(chǎn)生過(guò)流時(shí)保護(hù)電路。這些產(chǎn)品在過(guò)電流消除后會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)，并且可以重復(fù)使用。使用陶瓷材料意味著高可靠性和短路后快速保護(hù)，讓客戶使設(shè)備更安全且免維護(hù)。

多層結(jié)構(gòu)PTC熱敏電阻具有優(yōu)異特性

PTC熱敏電阻是可用于工廠自動(dòng)化的機(jī)械用芯片，免維護(hù)的PTC熱敏電阻適用于工廠自動(dòng)化設(shè)備和工廠自動(dòng)化傳感器的I/O順序輸出電路誤接、短路引起的過(guò)流保護(hù)。此外，PTC熱敏電阻還廣泛應(yīng)用于機(jī)器控制器和機(jī)器人控制器的I/O電路保護(hù)。

目前自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的類(lèi)型，有聚合物PTC、陶瓷PTC和村田陶瓷PTC 3種類(lèi)型。聚合物PTC的特性不穩(wěn)定，可支持更高的電流和更高的電壓，傳統(tǒng)技術(shù)的陶瓷PTC的特性穩(wěn)定，支持更低的電流和更低的電壓，但無(wú)法滿足工廠自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)要求的電氣規(guī)格（24V電壓和超過(guò)100mA）。Murata技術(shù)的陶瓷PTC的特性穩(wěn)定，支持更高的電流和更高的電壓，這意味著Murata可以解決聚合物PTC特性不穩(wěn)定的技術(shù)問(wèn)題。

Murata的陶瓷PTC采用多層結(jié)構(gòu)，大大降低了電阻，并可實(shí)現(xiàn)高耐壓（最大超過(guò)30V）和高功率容量，以及更高的保持電流（260mA），其采用陶瓷材料，不僅可靠性好，過(guò)流保護(hù)時(shí)間短，而且免維護(hù)，可提高安全性，相較于傳統(tǒng)的陶瓷PTC技術(shù)只支持更低的電壓與更低的保持電流（30V時(shí)為20mA）。

在工廠自動(dòng)化應(yīng)用時(shí)，PRG系列可保護(hù)工廠自動(dòng)化設(shè)備免受誤接或短路引起的過(guò)流故障。像是在電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，可保護(hù)I/O線晶體管等開(kāi)關(guān)器件免受過(guò)電流影響。在用于電機(jī)的數(shù)字輸出線時(shí)，采用集電極開(kāi)路電路，支持24VDC電壓，電流則取決于設(shè)備，PRG系列將可適用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)中的線路保護(hù)。

Murata用于過(guò)流保護(hù)的PRG系列PTC熱敏電阻在做為“自恢復(fù)保險(xiǎn)絲”時(shí)，可提供過(guò)載保護(hù)，與聚合物PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲功能相同，并符合RoHS/ELV標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)UL/cUL、TüV認(rèn)證（全系列），具備快速響應(yīng)、防止異常電流的特性，支持6V～32V的最大電壓，相較于聚合物PTC在焊接、負(fù)載測(cè)試和熱沖擊之后，PRG系列具有穩(wěn)定的電阻特性，可在電路板涂層或模壓下可靠運(yùn)行，并具有緊湊的尺寸，可節(jié)省電路板空間等好處。

結(jié)語(yǔ)

熱敏電阻的溫度敏感性，使其成為溫度傳感器的理想選擇，應(yīng)用于工廠自動(dòng)化環(huán)境時(shí)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的溫度狀況，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)作，此外，PTC熱敏電阻也可作為自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，可保護(hù)工廠自動(dòng)化設(shè)備免受誤接或短路引起的過(guò)流故障。Murata擁有完整的熱敏電阻產(chǎn)品線，具有高可靠性、成本低、占用面積少等特性，將可以使您的傳感器設(shè)計(jì)具有更高的可靠性和擁有更多的利潤(rùn)。

審核編輯：湯梓紅