什么是ptc熱敏電阻 熱敏電阻原理

什么是ptc熱敏電阻

PTC是一種半導(dǎo)體發(fā)熱陶瓷，當(dāng)外界溫度降低，PTC的電阻值隨之減小，發(fā)熱量反而會(huì)相應(yīng)增加。

PTC的工作原理
　 　
　　PTC熱敏電阻(正溫度系數(shù)熱敏電阻)是一種具溫度敏感性的半導(dǎo)體電阻,一旦超過一定的溫度(居里溫度) 時(shí),它的電阻值隨著溫度的升高幾乎是呈階躍式的增高.PTC熱敏電阻本體溫度的變化可以由流過PTC熱敏電阻的電流來獲得,也可以由外界輸入熱量或者這二者的疊加來獲得. 陶瓷材料通常用作高電阻的優(yōu)良絕緣體,而陶瓷PTC熱敏電阻是以鈦酸鋇為基, 摻雜其它的多晶陶瓷材料制造的,具有較低的電阻及半導(dǎo)特性.通過有目的的摻雜一種化學(xué)價(jià)較高的材料作為晶體的點(diǎn)陣元來達(dá)到的:在晶格中鋇離子或鈦酸鹽離子的一部分被較高價(jià)的離子所替代,因而得到了一定數(shù)量產(chǎn)生導(dǎo)電性的自由電子. 　
　 　
　　對于PTC熱敏電阻效應(yīng),也就是電阻值階躍增高的原因,在于材料組織是由許多小的微晶構(gòu)成的 , 在晶粒的界面上,即所謂的晶粒邊界(晶界)上形成勢壘,阻礙電子越界進(jìn)入到相鄰區(qū)域中去, 因此而產(chǎn)生高的電阻.這種效應(yīng)在溫度低時(shí)被抵消:在晶界上高的介電常數(shù)和自發(fā)的極化強(qiáng)度在低溫時(shí)阻礙了勢壘的形成并使電子可以自由地流動(dòng).而這種效應(yīng)在高溫時(shí),介電常數(shù)和極化強(qiáng)度大幅度地降低, 導(dǎo)致勢壘及電阻大幅度地增高,呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的PTC效應(yīng).

PTC熱敏電阻是開發(fā)早、種類多、發(fā)展較成熟的敏感元器件．PTC熱敏電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電阻變化．若電子和空穴的濃度分別為n、p，遷移率分別為μn、μp，則半導(dǎo)體的電導(dǎo)為：
σ=q（nμn+pμp）
因?yàn)閚、p、μn、μp都是依賴溫度T的函數(shù)，所以電導(dǎo)是溫度的函數(shù)，因此可由測量電導(dǎo)而推算出溫度的高低，并能做出電阻-溫度特性曲線．這就是半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理．

熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻（CTR）．它們的電阻-溫度特性如圖1所示．PTC熱敏電阻的主要特點(diǎn)是：①靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10～100倍以上，能檢測出10-6℃的溫度變化；②工作溫度范圍寬，常溫器件適用于- 55℃～315℃，高溫器件適用溫度高于315℃（目前最高可達(dá)到2000℃），低溫器件適用于-273℃～55℃；③體積小，能夠測量其他溫度計(jì)無法測量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；④使用方便，電阻值可在0.1～100kΩ間任意選擇；⑤易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；⑥穩(wěn)定性好、過載能力強(qiáng)．

PTC熱敏電阻
PTC（Positive Temperature Coeff1Cient）是指在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象或材料，可專門用作恒定溫度傳感器．該材料是以BaTiO3或 SrTiO3或PbTiO3為主要成分的燒結(jié)體，其中摻入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物進(jìn)行原子價(jià)控制而使之半導(dǎo)化，常將這種半導(dǎo)體化的BaTiO3等材料簡稱為半導(dǎo)（體）瓷；同時(shí)還添加增大其正電阻溫度系數(shù)的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶瓷工藝成形、高溫?zé)Y(jié)而使鈦酸鉑等及其固溶體半導(dǎo)化，從而得到正特性的PTC熱敏電阻材料．其溫度系數(shù)及居里點(diǎn)溫度隨組分及燒結(jié)條件（尤其是冷卻溫度）不同而變化．
PTC熱敏電阻于1950年出現(xiàn)，隨后1954年出現(xiàn)了以鈦酸鋇為主要材料的PTC熱敏電阻．PTC熱敏電阻在工業(yè)上可用作溫度的測量與控制，也用于汽車某部位的溫度檢測與調(diào)節(jié)，還大量用于民用設(shè)備，如控制瞬間開水器的水溫、空調(diào)器與冷庫的溫度，利用本身加熱作氣體分析和風(fēng)速機(jī)等方面．下面簡介一例對加熱器、馬達(dá)、變壓器、大功率晶體管等電器的加熱和過熱保護(hù)方面的應(yīng)用。
PTC熱敏電阻除用作加熱元件外，同時(shí)還能起到“開關(guān)”的作用，兼有敏感元件、加熱器和開關(guān)三種功能，稱之為“熱敏開關(guān)”，如圖2和3所示．電流通過元件后引起溫度升高，即發(fā)熱體的溫度上升，當(dāng)超過居里點(diǎn)溫度后，電阻增加，從而限制電流增加，于是電流的下降導(dǎo)致元件溫度降低，電阻值的減小又使電路電流增加，元件溫度升高，周而復(fù)始，因此具有使溫度保持在特定范圍的功能，又起到開關(guān)作用．利用這種阻溫特性做成加熱源，作為加熱元件應(yīng)用的有暖風(fēng)器、電烙鐵、烘衣柜、空調(diào)等，還可對電器起到過熱保護(hù)作用．

當(dāng)電路處于正常狀態(tài)時(shí)，通過過載保護(hù)用PTC熱敏電阻的電流小于額定電流，過載保護(hù)用PTC熱敏電阻處于常態(tài)，阻值很小，不會(huì)影響被保護(hù)電路的正常工作。當(dāng)電路出現(xiàn)故障，電流大大超過額定電流時(shí)，過載保護(hù)用PTC熱敏電阻陡然發(fā)熱，呈高阻態(tài)，使電路處于相對"斷開"狀態(tài)，從而保護(hù)電路不受破壞。當(dāng)故障排除后，過載保護(hù)用PTC熱敏電阻亦自動(dòng)回復(fù)至低阻態(tài)，電路恢復(fù)正常工作。

圖2為電路正常工作時(shí)的伏-安特性曲線和負(fù)載曲線示意圖，由A點(diǎn)到B點(diǎn)，施加在PTC熱敏電阻上的電壓逐步升高，流過PTC熱敏電阻的電流也線性增加，表明PTC熱敏電阻的電阻值基本不變，即保持在低電阻態(tài)；由B點(diǎn)到E點(diǎn)，電壓逐步升高，PTC熱敏電阻由于發(fā)熱而電阻迅速增大，流過PTC熱敏電阻的電流的也迅速降低，表明PTC熱敏電阻進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。正常的負(fù)載曲線低于B點(diǎn)，PTC熱敏電阻就不會(huì)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。

通常而言有三種過流過熱保護(hù)的類型：

1、電流過載（圖3）：RL1為正常工作時(shí)的負(fù)載曲線，當(dāng)負(fù)載阻值減少，如變壓器線路短路，負(fù)載曲線由RL1變?yōu)镽L2，超過B點(diǎn)， PTC熱敏電阻器進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)；

2、電壓過載（圖4）：電源電壓增加，如220V電源線突然升到380V，負(fù)載曲線由RL1變?yōu)镽L2，超過B點(diǎn)， PTC熱敏電阻器進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)；

3、溫度過熱（圖5）：當(dāng)環(huán)境溫度升高超過一定限度，PTC熱敏電阻器伏-安特性曲線由A-B-E變成A-B1-F，負(fù)載曲線RL超過B1點(diǎn)，PTC熱敏電阻器進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)；