热敏电阻器原理

敏感电阻：是一类敏感元件，这类电阻对某种物理条件特别敏感，该物理条件一变化，电阻值就会随着变化，通常可以用作传感器， 例如光敏电阻、湿敏电阻、磁敏电阻等等；在数字电路设计应用比较多的是热敏电阻和压敏电阻，常用作保护器件。

PTC（Positive Temperature Coefficient）：正温度系数电阻，是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过居里温度（此处表示临界温度，与磁性材料的居里点温度概念不同）时，其电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。

其实大多数金属都是线性PTC（正温度系数，热运动与电阻率的关系参考上一章内容）效应：材料的电阻值会随温度的升高而增加。而我们需要的是非线性的PTC效应：经过相变的材料会呈现出电阻沿狭窄温度范围内急剧增加几个至十几个数量级的现象。

而根据其材料的不同，通常分为两种：

1. 陶瓷（半导瓷）材料：CPTC，适用于高电压大电流；

由钛酸钡（或锶、铅）为主成分，添加少量稀土（Y、Nb、Bi、Sb）、受主（Mn、Fe）元素，以及玻璃等添加剂，经过烧结而成的半导体陶瓷；适用于频繁（10万次左右）过流的产品或线路用途。

2. 高分子聚合物材料：PPTC，称为自恢复保险丝，适用于低电压小电流。

适用偶尔（6000次左右）过流保护产品或线路用途。

陶瓷热敏电阻PTC的工作过程：

1. 当PTC温度与室温相近时电阻值很小，串联在电路中不会阻碍电流通过；

2. 当电路因故障而出现过电流时，PTC由于发热功率增加导致温度上升；

3. 当温度超过开关温度时，电阻值瞬间剧增，回路中的电流迅速减小到安全值。

钛酸钡半导瓷是一种多晶材料，晶粒之间存在着晶粒间界面：当温度低时，由于钛酸钡内建电场的作用，导致自由电子有很大概率越过势垒（关于“内建电场”和“势垒”需参考：半导体器件基础相关内容），表现出电阻值较小；当温度升高到居里温度附近时内建电场受到破坏，自由电子越过势垒概率很小，电阻值突然增大，产生PTC效应。

PTC电阻器优点：

1. 灵敏度较高（电阻温度系数高），能检测出℃的温度变化；

2. 工作温度范围宽，常温器件（ - 55℃～315℃ ），高温器件（目前最高可达到2000℃），低温器件（ -273℃～55℃）；

3. 体积小，能够测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；

4. 使用方便，电阻值0.1～100kΩ；

5. 易加工成复杂的形状，可大批量生产；

6. 稳定性好、过载能力强。

NTC（Negative Temperature Coefficient）：负温度系数电阻，以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成，变化率极大的半导体陶瓷热敏电阻器件。

这些金属氧化物材料具有半导体性质：温度低时氧化物材料的载流子（自由电子和空穴都是能够导电的，所以都是载流子）数目少，电阻值较高，随着温度的升高载流子数目增加，电阻值降低。这是半导体材料的基本特性，本征半导体载流子浓度与热运动强相关。

NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在10Ω~1MΩ之间，温度系数-2%~-6.5%；NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿等场合。

RT = RN ；RT ：在温度 T （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值；

RN ：在额定温度 TN （ K ）时的 NTC 热敏电阻阻值；

T ：规定温度（ K ）；

B ： NTC 热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数；

e ：以自然数 e 为底的指数（ e = 2.71828 …）。

NTC热敏电阻分为盘式、SMD、玻璃封装、树脂封装被膜线等形状。