什么是ptc热敏电阻 热敏电阻原理

什么是ptc热敏电阻

PTC是一种半导体发热陶瓷，当外界温度降低，PTC的电阻值随之减小，发热量反而会相应增加。

PTC的工作原理
　 　
　　PTC热敏电阻(正温度系数热敏电阻)是一种具温度敏感性的半导体电阻,一旦超过一定的温度(居里温度) 时,它的电阻值随着温度的升高几乎是呈阶跃式的增高.PTC热敏电阻本体温度的变化可以由流过PTC热敏电阻的电流来获得,也可以由外界输入热量或者这二者的叠加来获得. 陶瓷材料通常用作高电阻的优良绝缘体,而陶瓷PTC热敏电阻是以钛酸钡为基, 掺杂其它的多晶陶瓷材料制造的,具有较低的电阻及半导特性.通过有目的的掺杂一种化学价较高的材料作为晶体的点阵元来达到的:在晶格中钡离子或钛酸盐离子的一部分被较高价的离子所替代,因而得到了一定数量产生导电性的自由电子. 　
　 　
　　对于PTC热敏电阻效应,也就是电阻值阶跃增高的原因,在于材料组织是由许多小的微晶构成的 , 在晶粒的界面上,即所谓的晶粒边界(晶界)上形成势垒,阻碍电子越界进入到相邻区域中去, 因此而产生高的电阻.这种效应在温度低时被抵消:在晶界上高的介电常数和自发的极化强度在低温时阻碍了势垒的形成并使电子可以自由地流动.而这种效应在高温时,介电常数和极化强度大幅度地降低, 导致势垒及电阻大幅度地增高,呈现出强烈的PTC效应.

PTC热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件．PTC热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化．若电子和空穴的浓度分别为n、p，迁移率分别为μn、μp，则半导体的电导为：
σ=q（nμn+pμp）
因为n、p、μn、μp都是依赖温度T的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线．这就是半导体热敏电阻的工作原理．

热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（CTR）．它们的电阻-温度特性如图1所示．PTC热敏电阻的主要特点是：①灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；②工作温度范围宽，常温器件适用于- 55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；③体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；④使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；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．

PTC热敏电阻
PTC（Positive Temperature Coeff1Cient）是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象或材料，可专门用作恒定温度传感器．该材料是以BaTiO3或 SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体，其中掺入微量的Nb、Ta、Bi、Sb、Y、La等氧化物进行原子价控制而使之半导化，常将这种半导体化的BaTiO3等材料简称为半导（体）瓷；同时还添加增大其正电阻温度系数的Mn、Fe、Cu、Cr的氧化物和起其他作用的添加物，采用一般陶瓷工艺成形、高温烧结而使钛酸铂等及其固溶体半导化，从而得到正特性的PTC热敏电阻材料．其温度系数及居里点温度随组分及烧结条件（尤其是冷却温度）不同而变化．
PTC热敏电阻于1950年出现，随后1954年出现了以钛酸钡为主要材料的PTC热敏电阻．PTC热敏电阻在工业上可用作温度的测量与控制，也用于汽车某部位的温度检测与调节，还大量用于民用设备，如控制瞬间开水器的水温、空调器与冷库的温度，利用本身加热作气体分析和风速机等方面．下面简介一例对加热器、马达、变压器、大功率晶体管等电器的加热和过热保护方面的应用。
PTC热敏电阻除用作加热元件外，同时还能起到“开关”的作用，兼有敏感元件、加热器和开关三种功能，称之为“热敏开关”，如图2和3所示．电流通过元件后引起温度升高，即发热体的温度上升，当超过居里点温度后，电阻增加，从而限制电流增加，于是电流的下降导致元件温度降低，电阻值的减小又使电路电流增加，元件温度升高，周而复始，因此具有使温度保持在特定范围的功能，又起到开关作用．利用这种阻温特性做成加热源，作为加热元件应用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等，还可对电器起到过热保护作用．

当电路处于正常状态时，通过过载保护用PTC热敏电阻的电流小于额定电流，过载保护用PTC热敏电阻处于常态，阻值很小，不会影响被保护电路的正常工作。当电路出现故障，电流大大超过额定电流时，过载保护用PTC热敏电阻陡然发热，呈高阻态，使电路处于相对"断开"状态，从而保护电路不受破坏。当故障排除后，过载保护用PTC热敏电阻亦自动回复至低阻态，电路恢复正常工作。

图2为电路正常工作时的伏-安特性曲线和负载曲线示意图，由A点到B点，施加在PTC热敏电阻上的电压逐步升高，流过PTC热敏电阻的电流也线性增加，表明PTC热敏电阻的电阻值基本不变，即保持在低电阻态；由B点到E点，电压逐步升高，PTC热敏电阻由于发热而电阻迅速增大，流过PTC热敏电阻的电流的也迅速降低，表明PTC热敏电阻进入保护状态。正常的负载曲线低于B点，PTC热敏电阻就不会进入保护状态。

通常而言有三种过流过热保护的类型：

1、电流过载（图3）：RL1为正常工作时的负载曲线，当负载阻值减少，如变压器线路短路，负载曲线由RL1变为RL2，超过B点， PTC热敏电阻器进入保护状态；

2、电压过载（图4）：电源电压增加，如220V电源线突然升到380V，负载曲线由RL1变为RL2，超过B点， PTC热敏电阻器进入保护状态；

      

3、温度过热（图5）：当环境温度升高超过一定限度，PTC热敏电阻器伏-安特性曲线由A-B-E变成A-B1-F，负载曲线RL超过B1点，PTC热敏电阻器进入保护状态；