Un termistor es un tipo de resistencia cuya resistencia varía significativamente con la temperatura. Como proveedor de componentes electrónicos, a menudo me encuentro con clientes interesados en las propiedades de los termistores, ya que estas propiedades determinan sus aplicaciones en diversos circuitos electrónicos. En este blog, profundizaré en las propiedades clave de los termistores y discutiré sus implicaciones en el uso práctico.
1. Relación Temperatura - Resistencia
La propiedad más fundamental de un termistor es su relación temperatura-resistencia. Hay dos tipos principales de termistores basados en esta relación: termistores de coeficiente de temperatura negativo (NTC) y termistores de coeficiente de temperatura positivo (PTC).
Termistores NTC
Los termistores NTC son el tipo más utilizado. Su resistencia disminuye a medida que aumenta la temperatura. Esto se debe a que, en un termistor NTC, a medida que aumenta la temperatura, se liberan más portadores de carga (electrones o huecos) en la banda de conducción debido a la excitación térmica. La relación matemática entre la resistencia ($R_T$) y la temperatura ($T$) para un termistor NTC se puede aproximar mediante la ecuación de Steinhart - Hart:
$\frac{1}{T}=A + B\ln(R_T)+C(\ln(R_T))^3$
donde $A$, $B$ y $C$ son los coeficientes de Steinhart - Hart, que son específicos de cada termistor y se determinan mediante calibración.
Los termistores NTC se utilizan ampliamente en aplicaciones de detección de temperatura. Por ejemplo, en un sistema de ventilador con temperatura controlada, el termistor NTC detecta la temperatura ambiente. A medida que aumenta la temperatura, la resistencia del termistor NTC disminuye, lo que cambia el voltaje a través de un circuito divisor de voltaje. Este cambio de voltaje se utiliza luego para controlar la velocidad del ventilador.
Termistores PTC
Los termistores PTC, por otro lado, tienen una resistencia que aumenta con el aumento de la temperatura. Hay dos subtipos de termistores PTC: termistores PTC de silicio y termistores PTC de cerámica.
Los termistores PTC de silicio tienen un aumento lineal de resistencia con la temperatura en un cierto rango. A menudo se utilizan en aplicaciones de compensación y medición de temperatura de precisión.
Los termistores PTC cerámicos, también conocidos como termistores PTC de conmutación, tienen un fuerte aumento de resistencia a una determinada temperatura llamada temperatura de Curie. Por debajo de la temperatura de Curie, la resistencia del termistor PTC cerámico es relativamente baja. Una vez que la temperatura excede la temperatura de Curie, la resistencia aumenta en varios órdenes de magnitud. Esta propiedad hace que los termistores PTC cerámicos sean adecuados para la protección contra sobrecorriente. Por ejemplo, en un cargador de batería, se puede conectar un termistor PTC cerámico en serie con la batería. Si la corriente excede un nivel seguro, la temperatura del termistor PTC aumenta y su resistencia aumenta significativamente, lo que limita el flujo de corriente y protege la batería contra sobrecargas.
2. Sensibilidad
La sensibilidad de un termistor se refiere al cambio de resistencia por unidad de cambio de temperatura. Es una propiedad importante ya que determina la precisión con la que el termistor puede medir los cambios de temperatura.
Para los termistores NTC, la sensibilidad suele ser mayor a temperaturas más bajas. La sensibilidad ($\alpha$) se define como el cambio fraccionario en la resistencia por cada grado Celsius de cambio en la temperatura:
$\alpha=\frac{1}{R}\frac{dR}{dT}$
Una mayor sensibilidad significa que un pequeño cambio de temperatura dará como resultado un gran cambio en la resistencia, lo que facilitará la detección de variaciones de temperatura. Sin embargo, los termistores de alta sensibilidad también pueden ser más propensos al ruido y la inestabilidad.
3. Precisión
La precisión es otra propiedad crucial de los termistores. Se refiere a qué tan cerca corresponde la resistencia medida a la temperatura real. La precisión de un termistor se ve afectada por varios factores, incluido su proceso de fabricación, calibración y condiciones ambientales.
Durante el proceso de fabricación, las variaciones en la composición y estructura del material pueden provocar diferencias en las características de resistencia a la temperatura de los termistores. Por lo tanto, es necesaria una calibración adecuada para garantizar una medición de temperatura precisa. La calibración implica medir la resistencia del termistor a varias temperaturas conocidas y luego usar estos puntos de datos para determinar los coeficientes Steinhart-Hart.
Los factores ambientales como la humedad, la presión y el estrés mecánico también pueden afectar la precisión de los termistores. Por ejemplo, una humedad elevada puede provocar la absorción de humedad en el material del termistor, lo que puede cambiar sus propiedades eléctricas.
4. Tiempo de respuesta
El tiempo de respuesta de un termistor es el tiempo que le toma al termistor alcanzar un porcentaje específico (generalmente 63,2%) de su valor de resistencia final cuando se somete a un cambio escalonado de temperatura. Es una propiedad importante en aplicaciones donde es necesario detectar cambios rápidos de temperatura, como en circuitos de protección térmica.
El tiempo de respuesta de un termistor depende de su tamaño físico, forma y conductividad térmica del medio circundante. Generalmente, los termistores más pequeños tienen tiempos de respuesta más cortos porque tienen menos masa térmica. Por ejemplo, los termistores de montaje en superficie suelen tener tiempos de respuesta más rápidos en comparación con los termistores de orificio pasante más grandes.
5. Autocalentamiento
Cuando una corriente fluye a través de un termistor, disipa energía en forma de calor de acuerdo con la fórmula $P = I^2R$, donde $I$ es la corriente y $R$ es la resistencia del termistor. Este autocalentamiento puede hacer que la temperatura del termistor aumente por encima de la temperatura ambiente, lo que provocará un error en la medición de la temperatura.
El efecto de autocalentamiento se caracteriza por la constante de disipación ($\delta$), que se define como la potencia necesaria para elevar la temperatura del termistor 1°C por encima de la temperatura ambiente. Para minimizar el efecto de autocalentamiento, la corriente que fluye a través del termistor debe mantenerse lo más baja posible. En algunas aplicaciones, se utiliza una fuente de corriente constante para garantizar una corriente baja y estable a través del termistor.
Aplicaciones y nuestra oferta de productos
Los termistores se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, incluida la medición y control de temperatura, protección contra sobrecorriente y limitación de corriente de entrada. Como proveedor de componentes electrónicos, ofrecemos termistores de alta calidad con excelentes propiedades. Además de termistores, también ofrecemos una variedad de otros componentes electrónicos comoCondensador de motor de CA CBB65,Condensador de arranque CD60, yCondensador de arranque del motor de CA CBB61.
Si está interesado en nuestros termistores u otros componentes electrónicos, lo invitamos a contactarnos para adquisiciones y discusiones adicionales. Contamos con un equipo profesional que puede brindarle información detallada del producto y soporte técnico para ayudarlo a seleccionar los componentes más adecuados para sus aplicaciones.
Referencias
- "Termistores: teoría, diseño y aplicaciones" por John W. Horton
- "Dispositivos electrónicos y teoría de circuitos" por Robert L. Boylestad y Louis Nashelsky
- Fichas técnicas del fabricante de varios termistores.