Tipos de termistores, detalhes característicos e princípio de funcionamento

O nome do termistor foi concebido como uma forma abreviada de “resistor termicamente sensível”. A forma completa do termistor fornece uma ideia geral e detalhada da ação que é a característica do termistor.

Por: S. Prakash

Os vários tipos diferentes de dispositivos nos quais o termistor é usado incluem uma ampla gama de dispositivos, como sensores de temperatura e circuitos eletrônicos, onde fornecem compensação de temperatura.

Embora o uso do termistor não seja tão comum quanto os transistores, resistores e capacitores da forma comum, o campo eletrônico usa os termistores em grande escala.

Símbolo do Circuito do Termistor

O símbolo que é usado pelo termistor para seu reconhecimento é o próprio símbolo do circuito.

O símbolo do circuito de um termistor consiste em uma base que é feita de um retângulo de resistor padrão junto com uma linha diagonal que passa pela base e consiste em uma seção vertical de pequeno tamanho.

Os diagramas de circuito usam amplamente o símbolo de circuito do termistor.

Tipos de termistor

O termistor pode ser dividido em vários tipos e categorias com base em várias maneiras diferentes.

Essas maneiras de categorizá-los baseiam-se, em primeiro lugar, na maneira como o termistor reage à exposição ao calor.

A resistência de alguns dos capacitores aumenta com o aumento da temperatura, enquanto o contrário é observado nos outros tipos de termistor resultando na diminuição da resistência.

Esta ideia pode ser expandida pela curva do termistor, que pode ser representada por uma equação de forma simples:

Relação entre resistência e temperatura

ΔR = k x & ΔT

A equação acima consiste em:

ΔR = mudança de resistência observada

ΔT = mudança de temperatura observada

k = coeficiente de temperatura de resistência de primeira ordem

Existe uma relação não linear entre a resistência e a temperatura na maioria dos casos. Mas com as várias pequenas mudanças na resistência e na temperatura, há também uma mudança na relação que é observada e a relação torna-se linear por natureza.

O valor de “k” pode ser positivo ou negativo dependendo do tipo de termistor.

Termistor NTC (Termistor com coeficiente de temperatura negativo): A propriedade do termistor NTC permite diminuir sua resistência com o aumento da temperatura e, portanto, o fator “k” para o termistor NTC é negativo.

Termistor PTC (Termistor de Coeficiente de Temperatura Positiva): A propriedade do Termistor NTC permite aumentar sua resistência com o aumento da temperatura e, portanto, o fator “k” para o termistor NTC é positivo.

Outra maneira pela qual o termistor pode ser diferenciado e categorizado além de seu recurso de mudança de resistência depende do tipo de material que é usado para o termistor. O material usado é de dois tipos principais:

Semicondutores de cristal único

Compostos que são de natureza metálica, como óxidos

Termistor: Desenvolvimento e História

O fenômeno da variação observada no resistor devido às mudanças na temperatura foi demonstrado no início do século XIX.

O termistor continuou a ser usado de muitas maneiras até hoje. Mas a maior parte desse termistor sofre da desvantagem de ser capaz de mostrar uma variação muito pequena na resistência em correspondência com a grande faixa de temperatura.

O uso dos semicondutores geralmente está implícito nos termistores, que permitem que os termistores mostrem maiores variações na resistência em correspondência com a grande faixa de temperatura.

Os materiais que são usados ​​para a fabricação de termistor são de dois tipos, incluindo os compostos metálicos que foram os primeiros materiais a serem descobertos para termistor.

Em 1833, ao medir a variação na resistência em relação à temperatura do sulfureto de prata, Faraday descobriu o coeficiente de temperatura negativo. Mas a disponibilidade dos óxidos metálicos em grande escala comercialmente ocorreu apenas na década de 1940.

A investigação do termistor de silício e do termistor de germânio de cristal foi realizada após a Segunda Guerra Mundial, enquanto o estudo dos materiais semicondutores estava sendo feito.

Embora o semicondutor e os óxidos metálicos sejam dois tipos de termistor, as faixas de temperatura cobertas por eles são diferentes e, portanto, não precisam competir.

Composição e estrutura do termistor

Com base nas aplicações em que o termistor precisa ser usado junto com a faixa de temperatura na qual o termistor vai operar, os tamanhos, formas e o tipo de material usado para fabricar o termistor são decididos.

No caso das aplicações em que a superfície plana precisa estar em contato constante com o termistor, o formato do termistor nesses casos é de discos planos.

No caso de existirem sondas de temperatura para as quais o termistor precisa ser feito, então o formato do termistor é em forma de hastes ou esferas. Assim, os requisitos que são aderentes às aplicações para as quais o termistor será usado direcionam a forma física real do termistor.

A faixa de temperatura para a qual o termistor do tipo óxido metálico é usado é de 200-700 K.

O componente que serve para fabricar esses termistores encontra-se na versão de um pó fino que é sinterizado e comprimido a uma temperatura muito elevada.

Os materiais mais comumente usados ​​para esses termistores incluem óxido de níquel, óxido férrico, óxido de manganês, óxido de cobre e óxido de cobalto.

As temperaturas para as quais os termistores semicondutores são usados ​​são muito baixas. Os termistores de silício são usados ​​com menos frequência do que os termistores de germânio que são usados ​​mais amplamente para as temperaturas que estão na faixa que está abaixo da faixa de 100º do zero absoluto, ou seja, 100K.

A temperatura para a qual pode ser feito o uso do termistor de silício é de no máximo 250K. Se a temperatura aumentar mais de 250 K, o termistor de silício experimenta o ajuste dos coeficientes de temperatura positivos. Um único cristal é usado para fabricar o termistor em que o nível em que a dopagem do cristal é realizada é de 10 ^ 16 - 10 ^ 17 / cm3.

Aplicações do termistor

O termistor pode ser usado para muitos tipos diferentes de aplicações e existem muitas outras aplicações nas quais eles são encontrados.

A característica mais atraente do termistor que os torna populares para serem usados ​​nos circuitos é que os elementos fornecidos por eles nos circuitos são muito econômicos, uma vez que têm um desempenho eficaz e, ainda assim, estão disponíveis a preços baratos.

O fato de o coeficiente de temperatura ser negativo ou positivo determina as aplicações nas quais o termistor pode ser usado.

Caso o coeficiente de temperatura seja negativo, o termistor pode ser usado para as seguintes aplicações:

Termômetros de temperatura muito baixa: os termistores são usados ​​para medir a temperatura de níveis muito baixos nos termômetros de temperatura muito baixa.

Termostatos digitais: os termostatos digitais dos dias modernos usam os termistores amplamente e comumente.

Monitores da bateria: A temperatura das baterias durante o período em que são carregadas é monitorada por meio do uso de termistores NTC.

Algumas das baterias usadas na indústria moderna são sensíveis à sobrecarga, incluindo as baterias de íon de lítio amplamente utilizadas. Em tais baterias, o seu estado de carga é efetivamente indicado pela temperatura, permitindo assim a determinação do tempo em que o ciclo de carga precisa ser encerrado.

Dispositivos de proteção in-rush: Os circuitos de alimentação usam o Termistores NTC na forma de dispositivos que limitam a corrente de pico.

Os termistores NTC, ao mesmo tempo que atuam como dispositivos de proteção contra in-rush, evitam o fluxo de grandes quantidades de corrente no ponto de ativação e proporcionam um nível inicial de alta resistência.

Depois disso, o termistor é aquecido e, portanto, o nível inicial de resistência fornecida por ele diminui substancialmente, permitindo o fluxo de grandes quantidades de corrente durante a operação normal do circuito.

Os termistores usados ​​para o propósito desta aplicação são projetados de acordo e, portanto, seu tamanho é maior em comparação com os termistores do tipo de medição.

Caso o coeficiente de temperatura seja positivo, o termistor pode ser usado para as seguintes aplicações:

Dispositivos limitadores de corrente: Os circuitos eletrônicos usam os termistores PTC na forma de dispositivos limitadores de corrente.

Os termistores PTC atuam como um dispositivo alternativo para o fusível mais comumente usado. Não há efeitos colaterais ou indevidos causados ​​pelo calor gerado em pequenas quantidades quando o dispositivo passa por um fluxo de corrente em condições normais.

Porém, no caso de o fluxo de corrente através do dispositivo ser muito grande, isso pode resultar no aumento da resistência, uma vez que o calor pode não ser dissipado nas redondezas, pois o dispositivo pode não ser capaz de fazê-lo.

Isso resulta na geração de mais calor, produzindo assim um fenômeno de efeito de feedback positivo. O dispositivo é protegido por tal calor e oscilação de corrente, visto que a queda da corrente é observada quando há aumento da resistência.

As aplicações em que os termistores podem ser usados ​​são muito variadas. Os termistores podem ser usados ​​para detectar temperaturas de maneira confiável, barata (econômica) e simples.

Os vários dispositivos nos quais os termistores podem ser usados ​​incluem termostatos e alarmes de incêndio. Os termistores podem ser usados ​​sozinhos ou em conjunto com outros dispositivos. No último caso, o termistor pode ser usado para fornecer precisão de altos graus, tornando-o parte da ponte de Wheatstone.

Além disso, os termistores são usados ​​na forma de dispositivos de compensação de temperatura.

Em uma grande porcentagem dos resistores, há um aumento na resistência que é observado com um aumento correspondente na temperatura devido ao seu coeficiente de temperatura positivo.

Caso exista um alto requisito de estabilidade das aplicações, utiliza-se o termistor que possui coeficiente de temperatura negativo. Isso é alcançado quando o circuito incorpora o termistor para neutralizar os efeitos do componente produzidos devido ao seu coeficiente de temperatura positivo.