【技术指南】热敏电阻的类型、制造工艺及其在现代科技中的重要性

基于过渡金属氧化物的电子设备已广泛应用于各种应用，最常见的是热敏电阻和压敏电阻。金属氧化物是工业上应用最广泛的热敏电阻的基础。常见的原因是它们对热传导和场传导具有非线性效应。由于其电气特性范围广泛，因此可以制造出随温度变化而具有不同电阻特性的热敏电阻。

图 1 热敏电阻

1、什么是热敏电阻？

热敏电阻是热敏电阻器；因此，其名称来源于“热”和“电阻”两个词。这些半导体器件的电阻随温度而变化，它们经常用于温度传感应用，通过监测电阻值的变化来测量环境或介质的温度。热敏电阻以符号表示，如图 2 所示

图 2 热敏电阻符号

2、热敏电阻的类型

普通电阻的电阻值相对恒定，或者随着温度升高而变化很小。而热敏电阻的电阻值则随温度升高而发生显著变化。根据电阻值的变化，热敏电阻大致可分为两种类型：

● 负温度系数

● 正温度系数

它们以符号表示，如图 3 所示。这些热敏电阻通常由金属氧化物和其他决定其电阻特性的材料构成。决定热敏电阻特性的另一个关键因素是电导率。

图 3 NTC 和 PTC 热敏电阻的符号

负温度系数 (NTC)

NTC热敏电阻的阻值随温度升高而减小，具有负温度系数。NTC通常由镍、铁、锰和铜组成。

NTC热敏电阻的工作原理

半导体材料通常用于制造 NTC 热敏电阻。在这些半导体中，价带和导带被一个窄带隙隔开。随着温度升高，入射光子将电子从价带激发到导带，电子在导带中可以自由流动和导电，电阻相对下降。

这些晶体管经常被用作传感器，因为它们对微小的温度变化非常敏感。当它们串联在电路中时，它们更常用于电平感测和浪涌电流限制应用。

NTC 热敏电阻有多种类型，这里介绍其中几种。

陶瓷珠热敏电阻

这些热敏电阻因其出色的稳定性和快速的响应时间而经常用于高温应用。

盘状和片状热敏电阻

与陶瓷珠热敏电阻相比，它们的响应时间较慢，但电流处理能力良好。它们广泛用于浪涌电流限制应用，并具有各种封装尺寸。

玻璃封装热敏电阻

这些热敏电阻更耐用，因为采用玻璃封装，可保护它们免受外界环境因素（包括湿气和高温）的影响。它们经常用于温度高于 150 摄氏度的应用中。

表面贴装热敏电阻

它们广泛应用于需要高精度的应用。它们有各种配置，包括散装、卷带、双面和环绕式。

还有几种热敏电阻可供选择，包括探头组件、环氧涂层热敏电阻等。

正温度系数 (PTC)

PTC 热敏电阻的电阻值随温度升高而增大，具有正温度系数。PTC 由钡、铅、钛酸锶和二氧化硅制成。由于成本低且易于制造，钛酸钡被认为是限流装置的潜在材料。

PTC热敏电阻的工作原理

在正常情况下，晶格中的原子固定在其平衡位置。当温度升高时，这些原子获得热能并开始围绕其平均位置振动。当自由电子与这些晶格振荡相互作用时，就会产生电阻。电阻增加是由于温度升高导致晶格振动增加。

PTC 热敏电阻经常用作限流装置，用于检测大电流浪涌，并充当可复位保险丝以保护精密电路。它们还可以用作微型自热恒温器、延时电路和过流保护应用。

制造过程不太复杂且更便宜，PCT 材料的化学成分也明显更简单。PTC 热敏电阻有多种类型，道合顺将介绍其中几种。

硅整流器

硅电阻器是硅基热敏电阻器，其电阻值随温度升高而升高。它们具有线性温度-电阻特性。它们可用于硅半导体器件的温度补偿，但并不常用。

开关型PTC热敏电阻

顾名思义，这些热敏电阻最初充当 NTC 热敏电阻，其电阻随温度升高而减小，直到达到称为居里温度的点。居里温度是指某些材料失去其永久磁性的温度。这会在材料内部形成一道屏障，导致电阻迅速增加。

还有各种其他 PTC 热敏电阻，包括聚合物和陶瓷型热敏电阻。

3、热敏电阻的制造

热敏电阻根据其预期用途有多种封装选择。

薄膜热敏电阻的制备技术包括化学溶液沉积、脉冲激光沉积、丝网印刷、电子束蒸发和射频 (RF) 磁控溅射等。与传统技术相比，薄膜技术具有诸多优势，例如尺寸更小、重量更轻、电阻值范围更广。

热敏电阻材料特性主要取决于氧化物半导体的成分。尖晶石 (Ni, Mn)3O4、(Ni, Mn, Co)3O4 和 (Ni, Mn, Fe, Co)3O4 等热敏电阻成分涵盖了最广泛的电阻率范围。这些成分通常用于创建具有各种电物理特性的薄膜涂层。

总而言之，热敏电阻是一种可靠的电子元件，具有多种应用，包括电流管理和温度传感。这些热敏电阻与其他限流装置相比，具有许多优越的优势。

它们价格低廉、制造简单，并且表现出相对优越的稳定性；因此，它们被广泛应用于从家用电器到工业应用的各个领域。因此，正确理解热敏电阻、其结构以及每种类型的工作原理至关重要。

4、总结要点

● 热敏电阻对温度变化敏感，在温度感应和电流处理应用中发挥着至关重要的作用。

● NTC热敏电阻的阻值随温度升高而减小，而PTC热敏电阻的阻值随温度升高而增大，有利于多种应用。

● 热敏电阻广泛用于传感、浪涌电流限制、电平传感和过流保护应用。

● 化学溶液沉积和薄膜技术等制造技术在制造具有多种特性的热敏电阻方面具有优势。

● 了解热敏电阻的结构和工作原理对于其在电子设备中有效使用以确保最佳性能至关重要。