| NTC被稱為負溫度系數熱敏電阻，是由Mn－Co－Ni的氧化物充分混合后燒結而成的陶瓷材料制備而來，它在實現(xiàn)小型化的同時，還具有電阻值－溫度特性波動小、對各種溫度變化響應快的特點，可被用來做高靈敏度、高精度的溫度傳感器，在電子電路當中也經常被用作實時的溫度監(jiān)控及溫度補償等。隨著本體的溫度升高，NTC的電阻阻值會呈非線性的下降，這個是NTC的特性。為了更好地利用該特點，在應用前我們需要清楚地了解NTC的基本參數，本文將對此做出討論，希望在實際的電路設計中對電子研發(fā)工程師有一些幫助。
電阻－溫度特性
NTC熱敏電阻的電阻－溫度特性曲線如下圖：
通常我們用以下幾個參數來定義該曲線：
R25： 25℃時NTC本體的電阻值
B值：材料常數，是用來表示NTC在工作溫度范圍內阻值隨溫度變化幅度的參數，與材料的成分和燒結工藝有關。另外NTC的B值會受溫度變化的影響，因此通常我們會選取曲線上兩個溫度點來計算。表示B值時要把選取的溫度點標明，如B25／85。B值越大表明阻值隨溫度的升高降低得越快，B值越小則相反。如下圖：
ɑ值：所謂電阻溫度系數（α），是指在任意溫度下溫度變化1°C時的零負載電阻變化率。電阻溫度系數（α）與B值的關系，可用下式表示：
這里α前的負號（－），表示當溫度上升時零負載電阻降低。
以上三個參數是我們在選擇NTC時應該初步了解的參數，下面我們對其他參數也做一些介紹。
散熱系數
散熱系數（δ）是指在熱平衡狀態(tài)下，熱敏電阻元件通過自身發(fā)熱使其溫度上升1°C時所需的功率。
在熱平衡狀態(tài)下，熱敏電阻的溫度T1、環(huán)境溫度T2及消耗功率P之間關系如下式所示。
規(guī)格中的數值一般為25°C靜止空氣條件下測定的典型值。
最大功率
在額定環(huán)境溫度下，可連續(xù)負載運行的功率最大值， 也稱“額定功率”。
通常是以25°C為額定環(huán)境溫度、由下式計算出的值。
額定功率＝散熱系數×（最高使用溫度－25°C）
對應環(huán)境溫度變化的熱響應時間常數
指在零負載狀態(tài)下，當熱敏電阻的環(huán)境溫度發(fā)生急劇變化時，熱敏電阻元件產生最初溫度與最終溫度兩者溫度差的63．2％的溫度變化所需的時間。熱敏電阻的環(huán)境溫度從T1變?yōu)門2時，經過時間t與熱敏電阻的溫度T之間存在以下關系。
常數τ稱為熱響應時間常數。
上式中，若令t＝τ時，則（T－T1）／（T2－T1）＝0．632。
換言之，如上面的定義所述，熱敏電阻產生初始溫度差63．2％的溫度變化所需的時間即為熱響應時間常數。
經過時間與熱敏電阻溫度變化率的關系如下表所示。
通常為下列測定條件下的典型值。 靜止空氣中環(huán)境溫度從25°C至85°C變化時，熱敏電阻的溫度變化至62．9°C所需時間。另外應注意，散熱系數、熱響應時間常數隨環(huán)境溫度、組裝條件而變化。
NTC的阻值公差及相應的溫度公差
NTC的阻值公差在不同溫度下是不一樣的，如下面的計算公式，不同溫度下阻值公差受常溫下阻值R25公差和B值公差影響。阻值的變化如下面的曲線所示：
當NTC用來做溫度檢測時，通常我們需要了解NTC可以支持的溫度公差，這樣我們就需要進行轉換，用阻值公差除以ɑ溫度系數，公式如下：
NTC的R－T表
NTC的R－T表是電子工程師在設計電路時必須要得到的信息，表格是通過公式計算出來的， 所以溫度間隔可以自由設定，鑒于NTC檢測溫度的精度，通常溫度間隔設為1°C。例如下表：
NTC在電路中的應用
在深入了解了NTC的基本參數后，我們再來簡單看看如何在電路中使用NTC。
當NTC用來做溫度檢測，監(jiān)控或者補償時，通常需要串聯(lián)一個電阻，阻值的選擇可根據需要重點檢測的溫度區(qū)域和流過的電流大小來決定，一般情況下會串聯(lián)一個和NTC常溫電阻值一樣的電阻，并且保證流過的電流要足夠小以免產生自熱，影響檢測精度。檢測到的信號是NTC電阻上的分壓，如果希望得到分壓與溫度的曲線更加線性，可以采用下面的電路。
通過調整Rs和Rp 就可以獲得更加線性的曲線，如下圖：
NTC 在使用中需要注意的事項如下
1．一定要加合適的串聯(lián)電阻，不然NTC使用的時候會發(fā)生熱崩潰，因為電流流過NTC會發(fā)熱，如果熱量不能及時耗散掉，NTC的溫度會升高，然后阻值下降，這時電流會顯著增加，NTC會變得更熱，這樣循環(huán)最終可能導致NTC被燒毀，甚至起火。
2．NTC的端部電極通常由Ag組成，在使用不當時會發(fā)生銀遷移，導致NTC短路。使用中要避免NTC接觸到水。
3．焊接時的高溫會造成NTC不可逆的阻值漂移，一些情況下可能會造成5％的漂移，所以盡量避免高溫焊接。
4．NTC SMD是由陶瓷構成，安裝時可能會造成斷裂，如下圖：
貼片NTC的結構及比較
貼片NTC是目前市場上最常用的NTC封裝方式，由于生產工藝不同，其主流產品的結構主要分為以下三種。
1．厚膜貼片型，結構如下：
用厚膜工藝＋燒結而成。
2．疊層貼片型，結構如下：
先制備陶瓷薄片，然后疊加在一起，工藝與MLCC類似，帶有內部電極。
3．實心陶瓷貼片型，結構如下：
工藝十分古老，陶瓷燒結成磚型，然后做精密的機械切割，最后做電極。
下面我們把三種產品做一個簡單的性能比較，如下表：
厚膜工藝的貼片NTC是較新的工藝技術，但它在反應速度，長期的穩(wěn)定性，可靠性方面的表現(xiàn)都優(yōu)于其他結構的產品，另外在價格上也十分具有優(yōu)勢，未來的應用中可能會成為主流的應用方案。
|
