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PTC熱敏電阻

PTC是Positive Temperature Coefficient 的縮寫,意思是正的溫度系數,泛指正溫度系數很大的半導體材料或元器件。通常我們提到的PTC是指正溫度系數熱敏電阻,簡稱PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導體電阻,超過一定的溫度(居里溫度)時,它的電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的增高。


PTC熱敏電阻組織結構和功能原理

陶瓷材料通常用作高電阻的優良絕緣體,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特性。通過有目的的摻雜一種化學價較高的材料作為晶體的點陣元來達到的: 在晶格中鋇離子或鈦酸鹽離子的一部分被較高價的離子所替代,因而得到了一定數量產生導電性的自由電子。對于PTC熱敏電阻效應,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,阻礙電子越界進入到相鄰區域中去,因此而產生高的電阻,這種效應在溫度低時被抵消:在晶界上高的介電常數和自發的極化強度在低溫時阻礙了勢壘的形成并使電子可以自由地流動。 而這種效應在高溫時,介電常數和極化強度大幅度地降低,導致勢壘及電阻大幅度地增高,呈現出強烈的PTC效應。

PTC熱敏電阻制造流程

將能夠達到電氣性能和熱性能要求的混合物 (碳酸鋇和二氧化鈦以及其它的材料) 稱量、混合再濕法研磨, 脫水干燥后干壓成型制成圓片形、長方形、圓環形、蜂窩狀的毛坯。 這些壓制好的毛坯在較高的溫度下(1400℃左右)燒結成陶瓷,然后上電極使其表面金屬化,根據其電阻值分檔檢測。 按照成品的結構形式壓線封裝或裝配外殼,之后進行最后的全面檢測。

稱量 >> 球磨 >> 預燒結 >> 造粒


>> 成型 >> 燒結 >> 上電極 >> 阻值分選


>> 壓線 >> 封裝絕緣 >> 裝配 >> 耐壓檢測


>> 阻值檢測 >> 最終檢測 >> 包裝 >> 入庫


PTC熱敏電阻與溫度的依賴關系(R-T特性)

電阻-溫度特性通常簡稱阻溫特性,指在規定的電壓下,PTC熱敏電阻零功率電阻與電阻體溫度之間的依賴關系。
零功率電阻,是指在某一溫度下測量PTC熱敏電阻值時,加在PTC熱敏電阻上的功耗極低,低到因其功耗引起的PTC熱敏電阻的阻值變化可以忽略不計。額定零功率電阻指環境溫度25℃條件下測得的零功率電阻值。

lgR(Ω)

Rmin : 最小電阻

Tmin : Rmin時的溫度

RTc : 2倍Rmin

Tc : 居里溫度

RTc

Rmin

T25 Tmin Tc T(℃)


表征阻溫特性好壞的重要參數是溫度系數α,反映的是阻溫特性曲線的陡峭程度。溫度系數α越大,PTC熱敏電阻對溫度變化的反應就越靈敏,即PTC效應越顯著,其相應的PTC熱敏電阻的性能也就越好,使用壽命就越長。PTC熱敏電阻的溫度系數定義為溫度變化導致的電阻的相對變化。 α = (lgR2-lgR1)/(T2-T1) 一般情況下,T1取Tc+15℃、T2取Tc+25℃來計算溫度系數。


電壓和電流的關系(V-I特性)

電壓-電流特性簡稱伏安特性, 它展示了PTC熱敏電阻在加電氣負載達到熱平衡的情況下,電壓與電流的相互依賴關系。

I(A)


Ik

Ik 在外加電壓Vk時的動作電流
Ir 外加電壓Vmax時的殘余電流
Vmax 最大工作電壓
VN 額定電壓
VD 擊穿電壓

Ir

Vk VN Vmax VD V(v)

PTC熱敏電阻的伏安特性大致可分為三個區域:

在0-Vk之間的區域稱為線性區,此間的電壓和電流的關系基本符合歐姆定律,不產生明顯的非線性變化, 也稱不動作區。在Vk-Vmax之間的區域稱為躍變區,此時由于PTC熱敏電阻的自熱升溫,電阻值產生躍變, 電流隨著電壓的上升而下降,所以此區也稱動作區。在VD以上的區域稱為擊穿區,此時電流隨著電壓的上升而上升,PTC熱敏電阻的阻值呈指數型下降,于是電壓越高,電流越大,PTC熱敏電阻的溫度越高,阻值反而越低, 很快就導致PTC熱敏電阻的熱擊穿。伏安特性是過載保護PTC熱敏電阻的重要參考特性。


電流和時間的關系(I-t特性)

電流-時間特性是指PTC熱敏電阻在施加電壓的過程中,電流隨時間變化的特性。 開始加電瞬間的電流稱為起始電流,達到熱平衡時的電流稱為殘余電流。

一定環境溫度下,給PTC熱敏電阻加一個起始電流(保證是動作電流), 通過PTC熱敏電阻的電流降低到起始電流的50%時經歷的時間就是動作時間。電流-時間特性是自動消磁PTC熱敏電阻、延時啟動PTC熱敏電阻、過載保護PTC熱敏電阻的重要參考特性。

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