دسته بندی ترمیستورها : 

ترمیستورها به دو دسته ضریب دمایی منفی NTC (Negative Temperature Coefficient) و ضریب دمایی مثبت PTC (Positive Temperature Coefficient) تقسیم می شوند. در NTC با افزایش دما مقاومت ترمیستور کاهش می یابد و در PTC با افزایش دما مقاومت آن افزایش می یابد. اغلب ترمیستورهای موجود و کاربردی NTC هستند. ترمیستورها در اشکال مختلفی ساخته می¬شوند که رایجترین آن ها، دیسکی، مهره ای و میله ای است که در شکل زیر نمونه ای از آنها آورده شده است:

مزایای ترمیستورها :

اندازه کوچک، پاسخ سریع, حساسیت بسیار بالا

معایب ترمیستورها :

غیر خطی، محدوده دمایی کم، شکننده، مقاومت بالا و مشکلات نویز، ناپایداری و کالیبره نبودن

شکل زیر غیر خطی بودن یک NTC نشان می دهد :

کاربرد های ترمیستورها :

با توجه به هزینه کم و حساسیت بالای ترمیستورها، اغلب برای تشخیص وضعیت¬های آلارم فرایند از ترمیستورها استفاده می شود؛ مانند دمای سیم پیچ موتورها، دمای یاتاقان ها و....

پارامتر های مهم برای انتخاب ترمیستور :

• نوع ترمیستور : NTC یا PTC
• مقاومت به طور مثال 1 کیلو اهم
• شکل ظاهری : دیسکی، مهره ای یا میله ای
• رنج دمایی که بیشترین رنج -73 to 316°C می باشد
• خطا بطور مثال : R25=100KΩ ±5%

کاربردهای ترمیستور

کاربردهای زیادی برای ترمیستورها وجود دارد، آن ها در کاربردهای زیادی دیده می شوند. آن ها با هزینه ی کمی قابل تهیه هستند و المان های موثری در مدارها هستند که استفاده از آن ها بسیار جذاب است. کاربرد اصلی ترمیستورها به این بستگی دارد که از ضریب دمایی آن ها مثبت باشد یا منفی.

1- کاربرد ترمیستورهای با ضریب دمایی منفی

-  ترمیستورهای دمای بسیار پائین: آن ها به عنوان دماسنج های مقاومتی در اندازه گیری دماهای بسیار پائین استفاده می شوند.

- دماسنج های دیجیتال : این ترمیستورها در دماسنج های دیجیتال مدرن به وفور استفاده می شوند.

- مانیتورینگ جعبه های باتری : ترمیستورهای NTC همچنین جهت مانیتور کردن دمای جعبه های باتری در حین شارژ مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجایی که باتری های جدید از قبیل باتری های لیتیمی (Li-ion) نسبت به شارژ بیش از اندازه بسیار حساس هستند، دما می تواند نشانه ی بسیار خوبی برای بررسی وضعیت شارژ و زمان پایان سیکل شارژ آن ها باشد.

- ادوات حفاظتی جریان هجومی : ترمیستورهای NTC می توانند به عنوان قطعات حفاظتی در برابر جریان هجومی مورد استفاده قرار گیرند. آن ها در ابتدا مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می دهند که مانع از عبور جریان های بزرگ هنگام روشن شدن وسایل برقی می شود، سپس گرم شده و مقاومت آنها پائین می آید و اجازه ی عبور جریان را در طی عملکرد عادی دستگاه می دهند. این نوع از ترمیستورها از ترمیستورهایی که برای اندازه گیری استفاده می شوند، بزرگ تر هستند و مخصوصا برای این منظور طراحی شده اند.

2- کاربرد ترمیستورهای با ضریب دمایی مثبت

- قطعات محدود کننده ی جریان : ترمیستورهای PTC می توانند به عنوان ادوات محدود کننده ی جریان در مدارهای الکترونیکی به عنوان نوعی فیوز استفاده شوند. جریان موجود در یک وسیله در شرایط عملکرد عادی باعث ایجاد گرمای بسیار کمی می شود که هیچ گونه تاثیر منفی ندارد. اما با افزایش جریان حرارت تولید شده نیز افزایش می یابد و این امکان وجود دارد که وسیله ی مورد نظر نتواند این حرارت را به محیط اطراف منتقل کند، در نتیجه مقاومت افزایش می یابد. این مسئله به نوبه ی خود باعث افزایش حرارت در اثر فیدبک مثبت می شود. هنگامی که مقاومت افزایش می یابد جریان رو به کاهش می گذارد و در نتیجه موجب حفاظت قطعه می شود.

ترمیستورها می توانند در کاربردهای مختلفی به کار روند. آن ها روشی آسان، ارزان و مطمئن جهت اندازه گیری دما ارائه می دهند. از این رو در بسیاری از کاربردهای مختلف از آلارم های آتش نشانی تا دماسنج ها می توانند استفاده شوند. آن ها هم به تنهایی و هم به عنوان بخشی از پل وتستون برای ایجاد دقت بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.

کاربرد دیگر ترمیستورها به عنوان وسایل جبران کننده ی حرارتی است. اکثر مقاومت ها دارای ضریب دمایی مثبت هستند، یعنی مقاومتشان با افزایش دما افزایش می یابد. در کاربردهایی که پایداری برای ما اهمیت دارد، می توان از یک ترمیستور با ضریب دمایی منفی استفاده نمود تا تاثیر قطعاتی که ضریب دمایی مثبت دارند را خنثی کند.

ترمیستورهای NTC

ترمیستورهای NTC در کاربردهای مختلف و با اهداف مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. همان طور که از نامشان مشخص است، این ترمیستورها دارای ضریب دمایی منفی بوده که باعث کاهش مقاومت آن ها در هنگام افزایش دما می شود.

تغییرات دمایی در بدنه ی ترمیستورهای NTC از دو طریق می تواند ایجاد شود:

-  افزایش دمای خارجی : افزایش دمای فضای اطراف که NTC در آن قرار گرفته موجب تغییر دمای آن شده و در نتیجه موجب تغییر مقاومتش می شود.

-  عبور جریان از داخل قطعه : عبور جریان از درون قطعه موجب ایجاد حرارت شده که تلف می شود (Watts = Volts x Amps)و باعث افزایش دمای NTC می شود.

معمولا تغییرات مقاومتی ترمیستورها بین -3%/°C تا -6%/°C در دمای 25 درجه ی سانتی گراد است. رابطه ی واقعی بین مقاومت و دما برحسب یک منحنی است که تقریبا نمایی است. در دماهای پائین تر تغییرات مقاومت بسیار بزرگتر است ولی به طور قابل توجهی این تغییرات در دماهای بالاتر کاهش می آید.

منحنی مقاومت بر حسب دما در ترمیستور نوع NTC

نوع مواد استفاده شده برای ساخت بسیاری از خواص قطعه را کنترل خواهد نمود، در دمای حدود منفی 40 درجه ی سانتی گراد تغییر در مقاومت می تواند بیش از -8%/°Cباشد ولی با توجه به قسمت پائینی منحنی ترمیستور NTC برای دمای حدود 200 درجه ی سانتی گراد این تغییرات مقاومتی تا حد -1%/°Cکاهش می یابد.

ترکیبات و ساختار ترمیستور NTC

ترمیستورها از لحاظ فیزیکی می توانند فرم های مختلفی داشته باشند. ترمیستورهای NTC به فرم های دیسک فشرده، مهره ای، میله ای، صفحه ای ساخته می شوند و یا حتی می تواند به فرم یک چیپ نیمه هادی باشد که از اکسید فلز متراکم در ساختارش استفاده شده است.

اغلب ترمیستورهای اکسید فلز NTC از پودر موادی ساخته شده اند که در دماهای بالا متراکم و سفت شده اند. مواد استفاده شامل Mn2O3, NiO, Co2O3, Cu2O, Fe2O3, TiO2 و مانند آن ها می باشد. همچنین آن ها می توانند از کریستال های سیلیکون و ژرمانیوم ساخته شوند که پیش بینی می شود در حد نیاز هدایت و رسانایی داشته باشند.

دلیل عملکرد ترمیستورهای NTC این است که افزایش دما موجب افزایش حامل های بار فعالی می شود که از شبکه ی کریستال آزاد می شوند.

روش رسانش مطابق با نوع ماده تغییر می کند. در مورد اکسید آهن، Fe2O3 همراه با تیتانیوم یک نیمه هادی نوع N ایجاد می کند که در این مورد اکثریت حامل های آزاد، الکترون هستند. در مورد مواد دیگر مانند اکسید نیکل، NiO همراه با لیتیم ترکیب شده و لیتیم (Li) یک نیمه هادی نوع P ایجاد نموده که در آن اکثریت بارهای آزاد، حفره ها هستند. در هر صورت مشخصات اساسی یکسانی در هر دو حالت گفته شده از ترمیستور نوع N نشان داده می شود.

انتخاب نوع ماده برای ترمیستور نوع N به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد، که یکی از مهم ترین آن ها محدوده ی دمایی مورد نیاز است.

ترمیستور NTC ژرمانیوم عموما در محدوده ی دمایی 1 تا 100 کلوین (منظور دمای مطلق است) مورد استفاده قرار می گیرد. نوع سیلیکونی تا دمای 250 کلوین به کار می رود، ولی در دماهای بالاتر از این مقدار نمی تواند استفاده شود زیرا در دمای بالاتر ضریب دمایی مثبت ایجاد می شود. ترمیستورهای NTC اکسید فلز در دماهای بین 200 تا 700 کلوین استفاده می شوند. برای دماهای بالاتر از این مقادیر ترکیبات بسیار پایداری مورد نیاز است و ترمیستورهای نوع NTC برای این دماها از موادی ساخته می شوند که شامل این ترکیبات می شود : Al2O3, BeO, MgO, ZrO2, Y2O3 and Dy2O3

ترمیستورهای PTC

ترمیستورهای PTC به طور وسیعی در کاربردهای مختلف و برای اهداف مختلف استفاده می شوند.

ترمیستور PTC همان گونه که از نام آن مشخص است دارای ضریب دمایی مثبت است، که موجب می شود با افزایش دما مقاومت آن افزایش یابد.

مبانی ترمیستور PTC

ترمیستورهای PTC می توانند بر اساس ساختار و مواد مورد استفاده در آن به دو دسته ی کلی تقسیم می شوند:

- سیلیستور (silistor)

این نوع از ترمیستور PTC از یک نیمه هادی به عنوان ماده ی اصلی تشکیل دهنده استفاده می کند و ویژگی اصلی این نوع ترمیستور مشخصه ی خطی آن است، در نتیجه از این نوع در سنسورهای حرارتی استفاده می شود. ترمیستور PTC سیلیستور عموما از سیلیکون غنی شده ساخته می شود. منحنی مشخصه ی مقاومت بر حسب دمای آن تقریبا خطی است، مشخصات دقیق این نوع ترمیستور به نوع نیمه هادی به کار رفته و سطح غنی سازی آن بستگی دارد.

- ترمیستور PTC سوئیچینگ

این نوع ترمیستور در هیترها و سنسور به کار می رود و نوع خاصی از آن به عنوان فیوزهای قابل ریست به کار می رود. ترمیستورهای PTC نوع سوئیچینگ دارای منحنی مشخصه ی به شدت غیر خطی هستند. مقاومت در ابتدا با افزایش دما افت می کند سپس در یک دمای بحرانی با افزایش دما مقاومت به طرز چشمگیری افزایش می یابد، از این رو می توان گفت تقریبا مانند یک سوئیچ رفتار می کند.

مبانی ترمیستور PTC نوع سوئیچینگ

از آنجایی که ترمیستورPTC سوئیچینگ از پرکاربردترین نوع آن است، نیاز است که توضیح بیشتری راجع به آن بدهیم. ترمیستورهای PTC سوئیچینگ از مواد چند کریستالی ساخته می شوند از قبیل کربنات باریوم یا اکسید تیتانیوم به اضافه ی مواد دیگر مانند تانتالیوم، سیلیکا یا منگنز و ...

این مواد مخلوط شده و سپس خرد می شوند تا تبدیل به پودر شوند و در نهایت فشرده می شوند تا قبل از سفت شدن به شکل مورد نیاز دربیاید. بعد از اضافه نمودن پایه ها بسته بندی می شوند.