PTC目前已經(jīng)廣泛的被應(yīng)用在電子行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域,那什么是PTC呢?它是怎樣工作的呢?
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(duì)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(shì)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(shì)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(shì)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(cè)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(cè)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(cè)量其他溫度計(jì)無法測(cè)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(jiǎn)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(cè)量與控制,也用于汽車某部位的溫度檢測(cè)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(jiǎn)介一例對(duì)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(duì)電器起到過熱保護(hù)作用.