סוגי תרמיסטורים, פרטים אופייניים ועקרון עבודה

שם התרמיסטור הוגדר כצורה קצרה ל'נגד הרגיש לחום '. הצורה המלאה של התרמיסטור מספקת את הרעיון הכללי והמפורט של הפעולה שהיא התכונה של התרמיסטור.

מאת: ס 'פרקש

הסוגים השונים של המכשירים בהם משתמשים בתרמיסטור כוללים מגוון רחב של מכשירים כגון חיישני טמפרטורה ומעגלים אלקטרוניים בהם הם מספקים פיצוי טמפרטורה.

למרות שהשימוש בתרמיסטור אינו נפוץ כמו הטרנזיסטורים, הנגדים והקבלים בצורה הרגילה, השדה האלקטרוני משתמש בתרמיסטורים בקנה מידה גדול.

סמל מעגל התרמיסטור

הסמל המשמש את התרמיסטור לזיהויו הוא סמל המעגל שלו.

סמל המעגל של תרמיסטור מורכב מבסיס המורכב מלבן נגדים סטנדרטי יחד עם קו אלכסוני העובר דרך הבסיס ומורכב מקטע אנכי בגודל קטן.

דיאגרמות המעגל משתמשות רבות בסמל המעגל של התרמיסטור.

סוגי תרמיסטור

ניתן לחלק את התרמיסטור לסוגים וקטגוריות שונים על בסיס מספר דרכים שונות.

דרכים אלה לסיווגן מבוססות ראשית על אופן התגובה של התרמיסטור לחשיפת החום.

ההתנגדות של חלק מהקבלים עולה עם עליית הטמפרטורה ואילו ההפך נצפה בשאר סוגי התרמיסטורים וכתוצאה מכך ירידת ההתנגדות.

ניתן להרחיב את הרעיון הזה באמצעות עקומת התרמיסטור שניתן לתאר באמצעות משוואה של צורה פשוטה:

הקשר בין התנגדות לטמפרטורה

ΔR = k x & ΔT

המשוואה הנ'ל מהווה:

ΔR = נצפה שינוי ההתנגדות

ΔT = שינוי הטמפרטורה שנצפה

k = מקדם התנגדות טמפרטורה ממעלה ראשונה

קיים קשר לא לינארי בין ההתנגדות לטמפרטורה ברוב המקרים. אך עם השינויים הקטנים השונים בהתנגדות ובטמפרטורה, חל שינוי גם בקשר שנצפה והקשר הופך ליניארי באופיו.

הערך של ה- 'k' יכול להיות חיובי או שלילי בהתאם לסוג התרמיסטור.

תרמיסטור NTC (תרמיסטור מקדם טמפרטורה שלילי): המאפיין של תרמיסטור NTC מאפשר לו להקטין את התנגדותו עם עליית הטמפרטורה ובכך גורם ה- k עבור תרמיסטור ה- NTC הוא שלילי.

תרמיסטור PTC (תרמיסטור מקדם טמפרטורה חיובי): המאפיין של תרמיסטור ה- NTC מאפשר לו להגביר את התנגדותו עם עליית הטמפרטורה ובכך גורם ה- k עבור תרמיסטור ה- NTC הוא חיובי.

דרך נוספת בה ניתן להבדיל ולסווג את התרמיסטור מלבד תכונת שינוי ההתנגדות שלהם תלויה בסוג החומר המשמש לתרמיסטור. החומר בשימוש הוא משני סוגים עיקריים:

מוליכים למחצה גבישים בודדים

תרכובות בעלות אופי מתכתי כגון תחמוצות

תרמיסטור: פיתוח והיסטוריה

תופעת השונות שנצפתה בנגד עקב שינויים בטמפרטורה הודגמה בתחילת המאה התשע עשרה.

ישנן דרכים רבות בהן המשיך להשתמש בתרמיסטור עד כה. אבל רוב התרמיסטור הזה סובל מהחסרון שהם מסוגלים להראות שונות קטנה מאוד בהתנגדות בהתאמה לטווח הטמפרטורות הגדול.

השימוש במוליכים למחצה משתמע בדרך כלל בתרמיסטורים המאפשרים לתרמיסטורים להציג שינויים גדולים יותר בהתנגדות בהתאמה לטווח הטמפרטורות הגדול.

החומרים המשמשים לייצור תרמיסטור הם משני סוגים, כולל התרכובות המתכתיות שהיו החומרים הראשונים שהתגלו לתרמיסטור.

בשנת 1833, בעת מדידת השונות בהתנגדות ביחס לטמפרטורת הגופרית הכסופה, גילה פאראדיי את מקדם הטמפרטורה השלילי. אך זמינותן של התחמוצות המתכתיות בקנה מידה גדול התרחשה באופן מסחרי רק בשנות הארבעים.

חקירת תרמיסטור הסיליקון וטרמיסטור קריסטל גרמניום התבצעה לאחר מלחמת העולם השנייה בזמן שנעשה מחקר על חומרי המוליכים למחצה.

למרות שמוליכים למחצה ותחמוצות המתכות הם שני סוגי תרמיסטורים, טווחי הטמפרטורה המכוסים על ידם שונים ולכן הם אינם צריכים להתחרות.

הרכב ומבנה תרמיסטור

על בסיס היישומים שבהם יש להשתמש בתרמיסטור יחד עם טווח טווח הטמפרטורות שעליו יפעיל התרמיסטור את הגדלים, הצורות וסוג החומר המשמש לייצור התרמיסטור נקבע.

במקרה שהיישומים שבהם המשטח השטוח צריך להיות במגע מתמיד על ידי התרמיסטור, צורת התרמיסטור במקרים אלה היא של דיסקים שטוחים.

במקרה, ישנם בדיקות טמפרטורה שעבורן יש להכין את התרמיסטור ואז צורת התרמיסטור היא בצורת מוטות או חרוזים. לפיכך, הדרישות העומדות בדרישות היישומים שעבורם ישמש את התרמיסטור מכוונת את צורתו הפיזית בפועל.

טווח הטמפרטורה שאליו משתמשים בתרמיסטור מסוג תחמוצת מתכתית הוא 200-700 ק '.

הרכיב המשמש לייצור תרמיסטורים אלה נמצא בגרסת אבקה דקה שמבוטלת ודחוסה בטמפרטורה גבוהה מאוד.

החומרים המשמשים לרוב לתרמיסטורים אלה כוללים תחמוצת ניקל, תחמוצת ברזל, תחמוצת מנגן, תחמוצת נחושת ותחמוצת קובלט.

הטמפרטורות אליהן משתמשים במוליכים למחצה מוליכים למחצה נמוכות מאוד. תרמיסטורי הסיליקון משמשים בתדירות נמוכה יותר מאשר תרמיסטור גרמניום המשמשים באופן נרחב יותר לטמפרטורות הנמצאות בטווח הנמצא מתחת לטווח של 100 מעלות אפס מוחלט כלומר 100K.

הטמפרטורה שבגינה ניתן לעשות שימוש בתרמיסטור הסיליקון הינה מקסימום 250K. אם הטמפרטורה עולה יותר מ -250 K, אז תרמיסטור הסיליקון חווה את הגדרת מקדמי הטמפרטורה החיוביים. גביש יחיד משמש לייצור התרמיסטור שבו הרמה שבה מתבצע סימום הגביש היא 10 ^ 16 - 10 ^ 17 / cm3.

יישומים של תרמיסטור

התרמיסטור יכול לשמש להרבה סוגים שונים של יישומים ויש יישומים רבים אחרים בהם הם נמצאים.

התכונה האטרקטיבית ביותר של התרמיסטור שהופכת אותם לפופולריים לשימוש במעגלים היא שהאלמנטים הניתנים על ידם במעגלים הם חסכוניים מאוד מכיוון שהם מבצעים ביעילות ובכל זאת זמינים במחיר זול.

העובדה שאם מקדם הטמפרטורה הוא שלילי או חיובי קובעת את היישומים בהם ניתן להשתמש בתרמיסטור.

במקרה שמקדם הטמפרטורה שלילי, ניתן להשתמש בתרמיסטור ליישומים הבאים:

מדחומים בטמפרטורה נמוכה מאוד: התרמוסטרים משמשים למדידת הטמפרטורה של רמות נמוכות מאוד במד החום של טמפרטורה נמוכה מאוד.

תרמוסטטים דיגיטליים: התרמוסטטים הדיגיטליים של ימינו משתמשים בתרמיסטורים באופן נרחב ונפוץ.

צגי מארזי הסוללה: הטמפרטורה של חבילות הסוללה לאורך כל התקופה בה הם נטענים מנוטרת באמצעות תרמיסטורי ה- NTC.

חלק מהסוללות המשמשות בתעשייה המודרנית רגישות לטעינת יתר כולל סוללות הליון-יון הנפוצות. בסוללות כאלה מצב הטעינה שלהן מסומן למעשה על ידי הטמפרטורה ובכך מאפשר לקבוע את הזמן בו יש להפסיק את מחזור הטעינה.

התקני הגנה ממהרים: מעגלי אספקת החשמל משתמשים ב- תרמיסטורים NTC בצורה של מכשירים המגבילים את זרם העומס.

תרמיסטורי ה- NTC בזמן שהם פועלים כמכשירי ההגנה הממהרים מונעים זרימה של כמויות זרם גדולות בנקודת ההפעלה ועל ידי מתן רמה ראשונית של התנגדות גבוהה.

לאחר מכן, התרמיסטור מתחמם וכך רמת ההתנגדות הראשונית שמספקת אותו פוחתת באופן משמעותי ובכך מאפשרת זרימה של כמויות זרם גבוהות במהלך פעולתו הרגילה של המעגל.

הטרמיסטורים המשמשים ליישום זה מתוכננים בהתאם ולכן גודלם גדול יותר בהשוואה לתרמיסטים מסוג המדידה.

אם מקדם הטמפרטורה חיובי, ניתן להשתמש בתרמיסטור ליישומים הבאים:

התקני הגבלת זרם: המעגלים האלקטרוניים משתמשים בתרמיסטורי PTC בצורה של מכשירים להגבלת זרם.

תרמיסטורי ה- PTC משמשים כמכשיר חלופי עבור הנתיך הנפוץ יותר. אין תופעות לוואי או יתר על המידה הנגרמות על ידי החום שנוצר בכמויות קטנות כאשר המכשיר חווה זרם זרם בתנאים רגילים.

אך במקרה שזרימת הזרם דרך המכשיר גדולה מאוד, היא עלולה לגרום לעלייה בהתנגדות מכיוון שהחום לא יתפזר בסביבה מכיוון שהמכשיר אינו מסוגל לעשות זאת.

התוצאה היא יצירת יותר חום ובכך מייצרת תופעה של אפקט משוב חיובי. המכשיר מוגן על ידי חום כזה ותנודות בזרם מאז נצפית נפילת הזרם כאשר יש עלייה בהתנגדות.

היישומים בהם ניתן להשתמש בתרמיסטורים טווחים רחבים. ניתן להשתמש בתרמיסטורים לחישת טמפרטורות בצורה אמינה, זולה (חסכונית) ופשוטה.

המכשירים השונים בהם ניתן להשתמש בתרמיסטורים כוללים תרמוסטטים ואזעקות אש. ניתן להשתמש בתרמיסטורים לבד וכן יחד עם מכשירים אחרים. במקרה האחרון, ניתן להשתמש בתרמיסטור בכדי לספק דיוק של מעלות גבוהות על ידי הפיכתו לחלק מגשר וויטסטון.

כמו כן, התרמיסטורים משמשים בצורה של התקני פיצוי טמפרטורה.

באחוז גדול מהנגדים, קיימת עלייה בהתנגדות אשר נצפית עם עלייה מקבילה בטמפרטורה בשל מקדם הטמפרטורה החיובי שלהם.

במקרה שקיימת דרישה גבוהה ליציבות על ידי היישומים, נעשה שימוש בתרמיסטור בעל מקדם הטמפרטורה השלילי. זה מושג כאשר המעגל משלב את התרמיסטור על מנת לנטרל את השפעות הרכיב המיוצר בשל מקדם הטמפרטורה החיובי שלהם.