Слово «термистор» понятно само по себе: ТЕРМический резИСТОР – устройство, сопротивление которого изменяется с температурой.
Термисторы являются в значительной степени нелинейными приборами и зачастую имеют параметры с большим разбросом. Именно поэтому многие, даже опытные инженеры и разработчики схем испытывают неудобства при работе с этими приборами. Однако, познакомившись поближе с этими устройствами, можно видеть, что термисторы на самом деле являются вполне простыми устройствами.
Вначале необходимо сказать, что не все устройства, изменяющие сопротивление с температурой, называются термисторами. Например, резистивные термометры , которые изготавливаются из маленьких катушек витой проволоки или из напыленных металлических плёнок. Хотя их параметры зависят от температуры, однако, они работают не так, как термисторы. Обычно термин «термистор» применяется по отношению к чувствительным к температуре полупроводниковым устройствам.
Имеется два основных класса термисторов: с отрицательным ТКС (температурным коэффициентом сопротивления) и с положительным ТКС.
Существуют два принципиально различных типа выпускаемых термисторов с положительным ТКС. Одни изготавливаются подобно термисторам с отрицательным ТКС, другие же делаются из кремния. Термисторы с положительным ТКС будут описаны кратко, а основное внимание будет уделено боле распространенным термисторам с отрицательным ТКС. Таким образом, если отсутствуют особые указания, то речь будет идти о термисторах с отрицательным ТКС.
Термисторы с отрицательным ТКС являются высокочувствительными, нелинейными устройствами с узким диапазоном, сопротивление которых уменьшается при увеличении температуры. На рис.1 изображена кривая, показывающая изменение сопротивления в зависимости от температуры и представляющая собой типовую температурную зависимость сопротивления. Чувствительность – приблизительно 4-5 %/о С. Имеется большой диапазон номиналов сопротивлений, и изменение сопротивления может достигать многих ом и даже килоом на градус.
R
Ro
Рис.1 Термисторы с отрицательным ТКС очень чувствительны и в значительной
Степени нелинейны. Rо может быть в омах, килоомах или мегоомах:
1-отношение сопротивлений R/Rо; 2- температура в о С
По существу термисторы представляют собой полупроводниковую керамику. Они изготавливаются на основе порошков окислов металлов (обычно окислов никеля и марганца), иногда с добавкой небольшого количества других окислов. Порошкообразные окислы смешиваются с водой и различными связующими веществами для получения жидкого теста, которому придаётся необходимая форма и которое обжигается при температурах свыше 1000 о С.
Приваривается проводящее металлическое покрытие (обычно серебряное), и подсоединяются выводы. Законченный термистор обычно покрывается эпоксидной смолой или стеклом или заключается в какой-нибудь другой корпус.
Из рис. 2 можно видеть, что имеется множество типов термисторов.
Термисторы имеют вид дисков и шайб диаметром от 2.5 до приблизительно 25.5 мм, форму стержней различных размеров.
Некоторые термисторы сначала изготавливаются в виде больших пластин, а затем режутся на квадраты. Очень маленькие бусинковые термисторы изготавливаются путем непосредственного обжигания капли теста на двух выводах из тугоплавкого титанового сплава с последующим опусканием термистора в стекло с целью получения покрытия.
Типовые параметры
Говорить «типовые параметры» — не совсем правильно, так как для термисторов существует лишь несколько типовых параметров. Для множества термисторов различных типов, размеров, форм, номиналов и допусков существует такое же большое количество технических условий. Более того, зачастую термисторы, выпускаемые различными изготовителями, не являются взаимозаменяемыми.
Можно приобрести термисторы с сопротивлениями (при 25 o С — температуры, при которой обычно определяется сопротивление термистора) от одного ома до десяти мегоом и более. Сопротивление зависит от размера и формы термистора, однако, для каждого определённого типа номиналы сопротивления могут отличаться на 5-6 порядков, что достигается путём простого изменения оксидной смеси. При замене смеси также и изменяется и вид температурной зависимости сопротивления (R-T кривая) и меняется стабильность при высоких температурах. К счастью термисторы с высоким сопротивлением, достаточным для того, чтобы использовать их при высоких температурах, также обладают, как правило, большей стабильностью.
Недорогие термисторы обычно имеют довольно большие допуски параметров. Например, допустимые значения сопротивлений при 25 о С изменяются в диапазоне от ± 20% до ± 5%. При более высоких или низких температурах разброс параметров еще больше увеличивается. Для типового термистора, имеющего чувствительность 4% на градус Цельсия, соответствующие допуски измеряемой температуры меняются приблизительно от ± 5 о до ± 1,25 о С при 25 о С. Высокоточные термисторы будут рассматриваться в данной статье ниже.
Ранее было сказано, что термисторы являются устройствами с узким диапазоном. Это необходимо пояснить: большинство термисторов работает в диапазоне от –80 о С до 150 о С, и имеются приборы (как правило, со стеклянным покрытием), которые работают при 400 о С и больших температурах. Однако для практических целей большая чувствительность термисторов ограничивает их полезный температурный диапазон. Сопротивление типового термистора может изменяться в 10000 или 20000 раз при температурах от –80 о С до +150 о С. Можно представить себе трудности при проектировании схемы, которая обеспечивала бы точность измерений на обоих концах этого диапазона (если не используется переключение диапазонов). Сопротивление термистора, номинальное при нуле градусов, не превысит значения нескольких ом при
В большинстве термисторов для внутреннего подсоединения выводов используется пайка. Очевидно, что такой термистор нельзя использовать для измерения температур, превышающих температуру плавления припоя. Даже без пайки, эпоксидное покрытие термисторов сохраняется лишь при температуре не более 200 о С. Для более высоких температур необходимо использовать термисторы со стеклянным покрытием, имеющие приваренные или вплавленные выводы.
Требования к стабильности также ограничивают применение термисторов при высоких температурах. Структура термисторов начинает изменяться при воздействии высоких температур, и скорость и характер изменения в значительной степени определяются оксидной смесью и способом изготовления термистора. Некоторый дрейф термисторов с эпоксидным покрытием начинается при температурах свыше 100 о С или около того. Если такой термистор непрерывно работает при 150 о С, то дрейф может измеряться несколькими градусами за год. Низкоомные термисторы (к примеру, не более 1000 Ом при 25 о С) зачастую ещё хуже – их дрейф может быть замечен при работе приблизительно при 70 о С. А при 100 о С они становятся ненадёжными.
Недорогие устройства с большими допусками изготавливаются с меньшим вниманием к деталям и могут дать даже худшие результаты. С другой стороны, некоторые правильно разработанные термисторы со стеклянным покрытием имеют прекрасную стабильность даже при более высоких температурах. Бусинковые термисторы со стеклянным покрытием обладают очень хорошей стабильностью, так же, как и недавно появившиеся дисковые термисторы со стеклянным покрытием. Следует помнить, что дрейф зависит как от температуры, так и от времени. Так, например, обычно можно использовать термистор с эпоксидным покрытием при кратковременном нагреве до 150 о С без значительного дрейфа.
При использовании термисторов необходимо учитывать номинальное значение постоянной рассеиваемой мощности . Например, небольшой термистор с эпоксидным покрытием имеет постоянную рассеивания, равную одному милливатту на градус Цельсия в неподвижном воздухе. Другими словами один милливатт мощности в термисторе увеличивает его внутреннюю температуру на один градус Цельсия, а два милливатта — на два градуса и так далее. Если подать напряжение в один вольт на термистор в один килоом, имеющий постоянную рассеивания один милливатт на градус Цельсия, то получится ошибка измерения в один градус Цельсия. Термисторы рассеивают большую мощность, если они опускаются в жидкость. Тот же вышеупомянутый небольшой термистор с эпоксидным покрытием рассеивает 8 мВт/ о С, находясь в хорошо перемешиваемом масле. Термисторы с большими размерами имеют постоянное рассеивание лучше, чем небольшие устройства. Например термистор в виде диска или шайбы может рассеивать на воздухе мощность 20 или 30 мВт/ о С следует помнить, что аналогично тому, как сопротивление термистора изменяется в зависимости от температуры, изменяется и его рассеиваемая мощность.
Уравнения для термисторов
Точного уравнения для описания поведения термистора не существует, – имеются только приближенные. Рассмотрим два широко используемых приближенных уравнения.
Первое приближенное уравнение, экспоненциальное, вполне удовлетворительно для ограниченных температурных диапазонов, в особенности – при использовании термисторов с малой точностью.
Терморезисторы
Обозначение на схеме, разновидности, применение
В электронике всегда приходится что-то измерять или оценивать. Например, температуру. С этой задачей успешно справляются терморезисторы - электронные компоненты на основе полупроводников, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры.
Здесь я не буду расписывать теорию физических процессов, которые происходят в терморезисторах, а перейду ближе к практике - познакомлю читателя с обозначением терморезистора на схеме, его внешним видом, некоторыми разновидностями и их особенностями.
На принципиальных схемах терморезистор обозначается вот так.
В зависимости от сферы применения и типа терморезистора обозначение его на схеме может быть с небольшими отличиями. Но вы всегда его определите по характерной надписи t или t0 .
Основная характеристика терморезистора — это его ТКС . ТКС — это температурный коэффициент сопротивления . Он показывает, на какую величину изменяется сопротивление терморезистора при изменении температуры на 10С (1 градус Цельсия) или 1 градус по Кельвину.
У терморезисторов несколько важных параметров. Приводить я их не буду, это отдельный рассказ.
На фото показан терморезистор ММТ-4В (4,7 кОм). Если подключить его к мультиметру и нагреть, например, термофеном или жалом паяльника, то можно убедиться в том, что с ростом температуры его сопротивление падает.
Терморезисторы есть практически везде. Порой удивляешься тому, что раньше их не замечал, не обращал внимания. Давайте взглянем на плату от зарядного устройства ИКАР-506 и попробуем найти их.
Вот первый терморезистор. Так как он в корпусе SMD и имеет малые размеры, то запаян на небольшую плату и установлен на алюминиевый радиатор - контролирует температуру ключевых транзисторов.
Второй. Это так называемый NTC-термистор (JNR10S080L ). О таких я ещё расскажу. Служит он для ограничения пускового тока. Забавно. Вроде терморезистор, а служит в качестве защитного элемента.
Почему то если заходит речь о терморезисторах, то обычно думают, что они служат для измерения и контроля температуры. Оказывается, они нашли применение и как устройства защиты.
Также терморезисторы устанавливаются в автомобильные усилители. Вот терморезистор в усилителе Supra SBD-A4240. Здесь он задействован в цепи защиты усилителя от перегрева.
Вот ещё пример. Это литий-ионный аккумулятор DCB-145 от шуруповёрта DeWalt. Вернее, его "потроха". Для контроля температуры аккумуляторных ячеек применён измерительный терморезистор.
Его почти не видно. Он залит силиконовым герметиком.
Термистор – характеристика и принцип действия
Когда аккумулятор собран, то этот терморезистор плотно прилегает к одной из Li-ion ячеек аккумулятора.
Прямой и косвенный нагрев.
По способу нагрева терморезисторы делят на две группы:
Прямой нагрев. Это когда терморезистор нагревается внешним окружающим воздухом или током, который протекает непосредственно через сам терморезистор. Терморезисторы с прямым нагревом, как правило, используются либо для измерения температуры, либо температурной компенсации. Такие терморезисторы можно встретить в термометрах, термостатах, зарядных устройствах (например, для Li-ion батарей шуруповёртов).
Косвенный нагрев. Это когда терморезистор нагревается рядом расположенным нагревательным элементом. При этом он сам и нагревательный элемент электрически не связаны друг с другом. В таком случае, сопротивление терморезистора определяется функцией тока, протекающего через нагревательный элемент, а не через терморезистор. Терморезисторы с косвенным нагревом являются комбинированными приборами.
NTC-термисторы и позисторы.
По зависимости изменения сопротивления от температуры терморезисторы делят на два типа:
NTC-термисторы;
PTC-термисторы (они же позисторы ).
Давайте разберёмся, какая между ними разница.
NTC-термисторы.
Своё название NTC-термисторы получили от сокращения NTC - Negative Temperature Coefficient , или "Отрицательный Коэффициент Сопротивления". Особенность данных термисторов в том, что при нагреве их сопротивление уменьшается . Кстати, вот так обозначается NTC-термистор на схеме.
Обозначение термистора на схеме
Как видим, стрелки на обозначении разнонаправлены, что указывает на основное свойство NTC-термистора: температура увеличивается (стрелка вверх), сопротивление падает (стрелка вниз). И наоборот.
На практике встретить NTC-термистор можно в любом импульсном блоке питания. Например, такой термистор можно обнаружить в блоке питания компьютера. Мы уже видели NTC-термистор на плате ИКАР’а, только там он был серо-зелёного цвета.
На этом фото NTC-термистор фирмы EPCOS. Применяется для ограничения пускового тока.
Для NTC-термисторов, как правило, указывается его сопротивление при 250С (для данного термистора это 8 Ом) и максимальный рабочий ток. Обычно это несколько ампер.
Данный NTC-термистор устанавливается последовательно, на входе сетевого напряжения 220V. Взгляните на схему.
Так как он включен последовательно с нагрузкой, то весь потребляемый ток протекает через него. NTC-термистор ограничивает пусковой ток, который возникает из-за заряда электролитических конденсаторов (на схеме С1). Бросок зарядного тока может привести к пробою диодов в выпрямителе (диодный мост на VD1 — VD4).
При каждом включении блока питания конденсатор начинает заряжаться, а через NTC-термистор начинает протекать ток. Сопротивление NTC-термистора при этом велико, так как он ещё не успел нагреться. Протекая через NTC-термистор, ток разогревает его. После этого сопротивление термистора уменьшается, и он практически не препятствует протеканию тока, потребляемого прибором. Таким образом, за счёт NTC-термистора удаётся обеспечить "плавный запуск" электроприбора и уберечь от пробоя диоды выпрямителя.
Понятно, что пока импульсный блок питания включен, NTC-термистор находится в "подогретом" состоянии.
Если в схеме происходит выход из строя каких-либо элементов, то, обычно резко возрастает и потребляемый ток. При этом нередки случаи, когда NTC-термистор служит своего рода дополнительным предохранителем и также выходят из строя из-за превышения максимального рабочего тока.
Выход из строя ключевых транзисторов в блоке питания зарядного устройства привел к превышению максимального рабочего тока этого термистора (max 4A) и он сгорел.
Позисторы. PTC-термисторы.
Термисторы, сопротивление которых при нагреве растёт , называют позисторами. Они же PTC-термисторы (PTC — Positive Temperature Coefficient , "Положительный Коэффициент Сопротивления").
Стоит отметить, что позисторы получили менее широкое распространение, чем NTC-термисторы.
Условное обозначение позистора на схеме.
Позисторы легко обнаружить на плате любого цветного CRT-телевизора (с кинескопом). Там он установлен в цепи размагничивания. В природе встречаются как двухвыводные позисторы, так и трёхвыводные.
На фото представитель двухвыводного позистора, который применяется в цепи размагничивания кинескопа.
Внутри корпуса между выводами-пружинами установлено рабочее тело позистора. По сути это и есть сам позистор. Внешне выглядит как таблетка с напылением контактного слоя по бокам.
Как я уже говорил, позисторы используются для размагничивания кинескопа, а точнее его маски. Из-за магнитного поля Земли или влияния внешних магнитов маска намагничивается, и цветное изображение на экране кинескопа искажается, появляются пятна.
Наверное, каждый помнит характерный звук "бдзынь", когда включается телевизор — это и есть тот момент, когда работает петля размагничивания.
Кроме двухвыводных позисторов широко применяются трёхвыводные позисторы. Вот такие.
Отличие их от двухвыводных заключается в том, что они состоят из двух позисторов-"таблеток", которые установлены в одном корпусе. На вид эти "таблетки" абсолютно одинаковые. Но это не так. Кроме того, что одна таблетка чуть меньше другой, так ещё и сопротивление их в холодном состоянии (при комнатной температуре) разное. У одной таблетки сопротивление около 1,3 ~ 3,6 кОм, а у другой всего лишь 18 ~ 24 Ом.
Трёхвыводные позисторы также применяются в цепи размагничивания кинескопа, как и двухвыводные, но только схема их включения немного иная. Если вдруг позистор выходит из строя, а такое бывает довольно часто, то на экране телевизора появляются пятна с неестественным отображением цвета.
Более детально о применении позисторов в цепи размагничивания кинескопов я уже рассказывал здесь.
Так же, как и NTC-термисторы, позисторы используются в качестве устройств защиты. Одна из разновидностей позистора — это самовосстанавливающийся предохранитель.
SMD-терморезисторы.
С активным внедрением SMT-монтажа, производители стали выпускать терморезисторы и для поверхностного монтажа. По внешнему виду такие терморезисторы мало отличаются от керамических SMD-конденсаторов. Размеры соответствуют стандартному ряду: 0402, 0603, 0805, 1206. Визуально отличить их на печатной плате от рядом расположенных SMD-конденсаторов практически невозможно.
Встроенные терморезисторы.
В электронике активно применяются и встроенные терморезисторы. Если у вас паяльная станция с контролем температуры жала, то в нагревательный элемент встроен тонкоплёночный терморезистор. Также терморезисторы встраиваются и в фен термовоздушных паяльных станций, но там он является отдельным элементом.
Стоит отметить, что в электронике наряду с терморезисторами активно применяются термопредохранители и термореле (например, типа KSD), которые также легко обнаружить в электронных приборах.
Теперь, когда мы познакомились с терморезисторами, пора узнать об их параметрах.
Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница
Т акже Вам будет интересно узнать:
Термистор - это чувствительный к изменениям температуры элемент, изготовленный из полупроводникового материала. Он ведет себя как резистор, чувствительный к изменениям температуры. Термин «термистор» - это сокращение от термочувствительного резистора. Полупроводниковый материал - это материал, который проводит электрический ток лучше, чем диэлектрик, но не так хорошо, как проводник.
Принцип работы термистора
Подобно термометрам сопротивления термисторы используют изменения величины сопротивления в качестве основы измерений. Однако сопротивление термистора обратно пропорционально изменениям температуры, а не прямо пропорционально.
По мере увеличения температуры вокруг термистора, его сопротивление понижается, а по мере понижения температуры его сопротивление увеличивается.
Хотя термисторы выдают такие же точные показания, как и термометры сопротивления, однако, термисторы чаще конструируются для измерений в более узком диапазоне. Например, диапазон измерений термометра сопротивления может быть в пределах от -32°F до 600°F, а термистор будет измерять от -10°F до 200°F.
Принцип работы термистора
Диапазон измерений для конкретного термистора зависит от размера и типа полупроводникового материала, который в нем используется.
Как термометры, термисторы реагируют на изменения температуры пропорциональным изменением сопротивления, они оба часто используются в мостовых схемах.
В данной цепи изменение температуры и обратно пропорциональная зависимость между температурой и сопротивлением термистора будет определять направление протекания тока. Иначе цепь будет функционировать таким же образом как в случае с термометром сопротивления. По мере изменения температуры термистора, изменяется его сопротивление и мост становится неуравновешенным. Теперь через прибор будет протекать ток, который можно будет измерить. Измеряемый ток можно преобразовать в единицы измерения температуры с помощью переводной таблицы, или откалибровав соответствующим образом шкалу.
Резистор — это самый простой и одновременно самый распространённый элемент электронных схем. Поэтому если вам нужно будет произвести ремонт любого электроприбора или электронной платы, то вы наверняка столкнётесь с этим элементом. Кроме обычных, есть ещё термосопротивления. Давайте разберёмся, что это за электронные компоненты, и как их проверить мультиметром.
Резистор — электронный компонент, имеющий постоянное или переменное значение сопротивления. Внешне резистор представляет собой цилиндр, изготовленный из особого материала, который и определяет его сопротивление. Некоторые резисторы изготавливаются методом намотки тончайшей проволоки на диэлектрическое основание. На торцах цилиндра есть два вывода, которые служат для припаивания радиодетали к плате. Резисторы можно разделить на две группы:
- Постоянные — величина сопротивления задана при производстве и её нельзя изменить.
- Переменные, или подстроечные — максимальная величина сопротивления неизменна, но у них есть третий вывод. Этот вывод подключается к механическому узлу, который передвигает ползунок по поверхности резистора. Двигая этот ползунок, можно изменять сопротивление между неподвижным и подвижным контактами от нуля до его максимального значения.
Проверка электронным мультиметром
Следует отметить, что резисторы довольно надёжны, поэтому их проверку следует проводить после того, как вы убедились в исправности остальных элементов. В первую очередь обратите внимание на сопротивления в цепях, где ранее были обнаружены неисправные элементы.
Сама по себе процедура проверки довольно проста, но требует выполнения определённых действий.
Для проверки будем использовать электронный мультиметр. Щупы прибора должны быть подключены к разъёмам COM и VΩmA. Полярность подключения щупов к выводам проверяемого элемента не имеет значения. Переключатель тестера необходимо установить в положение омметра (сектор помечен знаком Ω). Цифры обозначают максимальный предел измеряемой величины.
Перед началом проверки соедините щупы вместе, при этом показания прибора должны быть равны нулю, что говорит об исправности прибора и проводов щупов. Если переключатель установлен на самом малом пределе измерения, то прибор может показывать величину равную единицам ома. Эту неточность нужно будет учесть при измерении малых величин. Кроме того, у резисторов есть допустимое отклонение от номинала, если точных данных найти не удалось, то погрешность в 10 процентов можно считать нормальной.
Для начала необходимо определить номинальное сопротивление у элемента, который вы собираетесь проверять. Сделать это можно несколькими способами:
- На элементах старого образца величина номинального сопротивления указана на корпусе резистора.
- На современных элементах применяется цветовая маркировка. Это набор цветных колец, нанесённых на корпус. С их помощью зашифровано сопротивление. Нужно взять таблицу цветовой маркировки и определить искомую величину.
- Если вы проверяете элемент с электронной платы, то возле элемента стоит его обозначение в виде буквы R и порядкового номера. Можно взять схему электронного устройства и по обозначению определить номинал. Иногда эта величина указана прямо на печатной плате.
Постоянный резистор
Проверку выполняем в такой последовательности:
- зачищаем выводы резистора от окислов и загрязнений;
- выставляем на мультиметре предел измерения, который несколько больше номинальной величины;
- кладём элемент на диэлектрическую поверхность;
- прижимаем щупы прибора к выводам резистора, при этом нельзя прикасаться к щупам пальцами.
На экране мы можем увидеть три варианта показаний:
Тестирование подстроечного резистора
У переменного резистора на корпусе три вывода. Для проверки необходимо определить, к какому выводу подключён подвижный (средний) контакт. Для этих целей можно воспользоваться справочными данными, если это невозможно, то определим его в процессе измерений:
Проверка элемента на плате
Иногда демонтаж элементов с платы сопряжён с рядом трудностей, поэтому будет полезно знать, как , не выпаивая его. Это уже более сложная задача. Чтобы правильно выполнить проверку, необходимо изучить схему, в которой он установлен.
Дело в том, что различные компоненты и способы их подключения, относительно проверяемого резистора, влияют на показания тестера по-разному. Например, параллельно подключённый диод покажет нулевое сопротивление резистора, а параллельно подключённые сопротивления или катушки индуктивности сильно исказят показание прибора. Так как в мультиметре для измерений используется постоянное напряжение, то конденсатор на схеме можно приравнять к разрыву цепи.
В сложной схеме учесть все эти влияния трудно, поэтому измерить точную величину сопротивления не получится, но если вы подробно изучите схему, то сможете проверить резистор на наличие обрыва или короткого замыкания. Если у вас возникли сомнения в исправности элемента, для полной проверки придётся выпаять хотя бы один вывод.
У многих . В этом режиме прибор позволяет проверять электрические цепи с сопротивлением не больше сотни ом, при превышении этой величины цепь прозваниваться не будет и звукового сигнала не последует. Применение этого режима для проверки резисторов нецелесообразно, так как прозвонка показывает только наличие или отсутствие контакта между щупами, но никак не характеризует состояние радиодетали.
Типы терморезисторов и их тестирование
Отдельно нужно поговорить о том, что такое позистор и термистор, и как их проверить мультиметром.
Терморезистор — это радиодеталь, изготовленная на основе полупроводниковых материалов. Сопротивление этих элементов непостоянное и зависит от температуры. Терморезисторы разделяют на две группы:
- Термистор — элемент с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Это значит, что при нагреве его сопротивление уменьшается.
- Позистор — имеет положительный температурный коэффициент сопротивления, то есть при нагреве его сопротивление увеличивается.
Как и в случае с обычными резисторами, перед началом проверки необходимо выяснить номинальное значение проверяемого образца. Сделать это можно при помощи справочных данных на основании маркировки терморезистора.
Но есть одна особенность, так как сопротивление зависит от температуры, то в справочниках может быть дана целая таблица температур и соответствующие им сопротивления. В этом случае нужно ориентироваться на величину сопротивления при температуре близкой к температуре окружающей среды.
Если в данных указана только одна величина сопротивления, то, как правило, она соответствует температуре в 25 градусов.
На практике сложно точно поддерживать определённую температуру, поэтому сопротивление исправного терморезистора будет несколько отличаться от номинальных данных, и это нужно учитывать при измерении.
Давайте пошагово разберём, как проверить позистор мультиметром, тогда и проверка термистора не вызовет у вас затруднений. Кроме тестера, потребуется источник тепла, например, паяльник или фен. Исправный позистор должен пройти все три поверки:
- Измеряем величину сопротивления позистора в ненагретом состоянии. Если сопротивление соответствует номинальному, то можно продолжать проверку. В противном случае элемент неисправен.
- На этом шаге проверки нам потребуется нагревать элемент, поэтому заранее предусмотрите, как вы будете производить измерения, например, установите зажимы на щупы. После того как вы подключили тестер к позистору, поднесите к нему нагретый паяльник. По мере нагрева величина сопротивления должна увеличиваться, если показания прибора не изменяются, радиодеталь испорчена.
- Прекратите нагревать позистор и дождитесь, когда он остынет до комнатной температуры. Измерьте его сопротивление, оно должно вернуться к исходной величине, измеренной в первом пункте.
Проверка термистора выполняется так же, как и проверка позистора, с тем лишь отличием, что во втором пункте при нагреве величина сопротивления должна уменьшаться.
Проверка SMD-элементов
Почти все современные электронные печатные платы, изготавливаются при помощи технологии монтажа на поверхность. Для такого монтажа изготавливают специальные элементы типа SMD (от английского Surface Mounted Device — прибор для монтажа на поверхность).
Эти элементы имеют миниатюрные размеры. Вместо выводов, они имеют контактные площадки, которыми радиодетали этого типа припаиваются к поверхности платы.
Если вам нужно будет проверить СМД-резисторы, то сделать это можно по методикам, описанным выше. При выпаивании этих элементов будьте предельно осторожны, чтобы не повредить и не перегреть радиодеталь, а в остальном эти элементы не отличаются от своих аналогов классического типа.
Резисторы, несмотря на простоту их конструкции и элементарные свойства – являются самыми распространенными радиоэлементами. В любой сложной или примитивной схеме, эти детали занимают первое место по количеству. Что такое резистор, знает любой школьник из курса физики.
Однако этот радиокомпонент заслуживает более подробного описания.
Тем более что разнообразие вариантов исполнения гораздо шире, чем у любой другой детали.
Что же такое резистор, и как он работает?
Резистором, или сопротивлением (устаревшее наименование) называют пассивный элемент электроцепи, который обладает постоянным (фиксированным) или переменным сопротивлением. Речь идет о сопротивлении электрическому току.
Материал, из которого изготавливается эти детали, обладает слабой пропускной способностью для электронов. Преодолевая препятствия во внутренней структуре проводника, электроны замедляют ход, выделяя энергию.
Фактически, резистором является любой проводник электрического тока, чье сопротивление выше, чем соединительные провода электроцепи. Разумеется, электрическая энергия, которая снижается после ограничения тока на сопротивлении, никуда не исчезает. Она преобразуется в тепло, которое, как правило, не используется по прямому назначению.
Интересные факты. Есть как минимум два варианта использования энергии рассеивания резисторов с пользой:
- Электрообогреватель. Нагревательные элементы (ТЭНы) не что иное, как мощные резисторы. Преодолевая сопротивление, электрический ток сильно разогревает элементы, выделяя активное тепло;
- Лампа накаливания. Спираль, обладающая высоким сопротивлением, нагревается настолько сильно, что начинает ярко светиться.
Эти примеры не являются классическим способом применения сопротивления. В данном случае мы всего лишь видим эффективное использование побочных эффектов.
В большинстве случаев, детали применяются для изменения параметров электросхем.
Важно! Применение резисторов по прямому предназначению сводится к единственному свойству – уменьшению силы протекающего через него тока.
В зависимости от построения схемы вокруг этого элемента, применение расширяется:
- Токовое ограничение в схемах питания;
- Деление напряжения;
- Шунтирование измерительных приборов;
- Точная настройка параметров электросистемы;
- Защита чувствительных элементов от стрессовых скачков тока и напряжения.
В кинескопах большинства телевизоров применяются системы размагничивания, в которые встроен позистор. Как проверить такую цепь при выходе из строя самостоятельно, нужно знать владельцам, желающим провести ремонт самостоятельно. Элемент имеет физические свойства, проверить которые можно обычным омметром.
Свойства элемента
Стоит изучить, что представляет собой позистор, как проверить его в цепи - станет ясно позже. Этот элемент способен менять свойства в зависимости от температуры. Измеряют его физическую величину сопротивление. При комнатной температуре значения омметра показывают единицы или десятки Ом.
При нагреве в работе начинает меняться сопротивление в большую сторону. Значения омметра уже показывают сотни килоом, что и говорит о нормальном состоянии элемента - исправен такой позистор. Как проверить, если есть подозрения на неисправную цепь? Пути решения такого вопроса приведем ниже.
Благодаря своим свойствам позисторы широко применяются в микроэлектронике для различных целей:
- Защита цепей питания. При повышенном потреблении тока элемент греется и повышает сопротивление до максимума, когда наблюдается токовая отсечка.
- В цепях обогрева. Благодаря позисторам реализуется автоматическая система управления нагревом.
- В схемах термодатчиков.
Внутреннее устройство элемента
Резистор меняет свое сопротивление с нагревом, как и позистор. Как проверить первый элемент? С этим все просто. У колеблются в незначительных пределах. Позистор же способен полностью блокировать проходящий по нему ток, как и темистор. Только у последнего наблюдается обратная зависимость от температуры.
Чтобы знать, как проверить исправность позистора, следует определить основные его рабочие характеристики. К ним относят:
- сопротивление номинальное при нормальной температуре окружающей среды (чаще это 20-25 градусов);
- сопротивление переключения определяется в точке характеристики зависимости сопротивления от температуры, когда первый параметр увеличивается в 2 раза по сравнению с номинальным значением;
- максимальное напряжение, которое может выдержать элемент без выхода из строя;
- значения токовых нагрузок: номинальное, переключения, максимально возможное и опрокидывания; для проверки эти параметры важны только в том случае, если позистор будет использоваться в схемах высокой точности.
Элемент в цепи размагничивания
Как проверить позистор в телевизоре? Ответ на вопрос следует из принципа его работы. Неисправность элемента проявляется искажением изображения от намагничивания. Для устранения этого дефекта в конструкции экранов используется сетка, включенная последовательно с позистором. Эта конструкция называется внешней петлей, охватывающей всю поверхность экрана с внутренней стороны.
Позистор часто запаян в цепь маски экрана, что усложняет его проверку на месте. Перед проведением замеров следует отпаяться хотя бы одним концом от сетки. Лучшим вариантом будет полное его извлечение из схемы.
Для нагрева элемента используют обычный или монтажный фен. Для проверки без внешнего нагрева потребуется собрать электрическую схему и определить по маркировке тип позистора. Исходя из паспортных данных устройства устанавливают ток срабатывания элемента и соответствующую температуру.
Исправность позистора можно условно установить при нагревании феном. Если сопротивление растет, значит элемент годный. Однако при таком варианте проверки остается вероятность ошибочного результата. Ведь сопротивление элементов схем с годами меняется, что приводит к нестабильности работы сборки.
Зачем нужна система в кинескопах?
На экранах телевизоров без системы размагничивания изображение искажалось бы при незначительном влиянии электромагнитного поля. Его излучают все бытовые приборы, поверхность Земли пронизана невидимыми волнами.
Так усилители, большие колонки, нагревательные элементы часто располагают рядом с телевизорами. Без маски экрана изображение было бы постоянно искажено. При начальной работе через позистор течет малый ток, не вызывающий его нагрева. При этом физически маска испытывает напряжение от возникающего поля.
Это приложенное магнитное поле и размагничивает маску в момент включения телевизора. Часто этот процесс сопровождается звуком, сравнимым с ударом о гонг. Чем больше диагональ экрана, тем выше тональность звука. Позистор в этот момент пропускает через себя ток высокой амплитуды, что приводит к его нагреву. Происходит увеличение сопротивления и элемент запирает цепь.
Варианты неисправностей в кинескопах
Если при первом включении изображение искажено или наблюдается рябь и полосы, то с высокой долей вероятности виновен позистор. Как проверить мультиметром элемент в цепи? На холодной схеме это сделать легче, ведь сопротивление позистора минимальное.
Часто пайка контактов просто отваливается от длительной работы. Позистор относится к элементам схемы, которые постоянно работают в нагретом состоянии. Омметром проверяют соединение маски экрана с выводом второй ножки позистора. Если оно минимальное, это говорит о надежном соединении. Возможно, элемент не срабатывает на отсечку.
Если позистор неисправен и закорочен, то при первом включении блока питания. При условии что это происходит без видимого короткого замыкания в цепи, проверить неисправность можно совсем отключив маску экрана и позистор.
Элемент в цепи охладителей
Если не греется задняя часть холодильника - радиатор, то для самостоятельного ремонта нужно ознакомиться с тем, как проверить позистор. В холодильнике могут применяться 2 вида пускателей: с позисторами и с электромагнитными реле. Первые тратят часть энергии на теплопотери в сопротивлении элемента, вторые менее надежные, но не греются.
Большинство позисторов в холодильниках должно иметь сопротивление около 20-30 Ом. В нагретом состоянии может быть несколько килоом. Если значения значительно превышают приведенные, то элемент подлежит замене. Важно дать позистору остыть до комнатной температуры перед проведением замеров.
Термистор (терморезистор) – твердотельный электронный элемент, внешне напоминающий постоянный резистор, но обладающий выраженной температурной характеристикой. Этот вид электронных приборов, как правило, используются для изменения аналогового выходного напряжения с учётом изменения окружающей температуры. Другими словами – электрические свойства термистора и принцип действия напрямую связаны с физическим явлением — температурой.
Термистор — термочувствительный полупроводниковый элемент, изготовленный на основе полупроводниковых оксидов металлов. Обычно имеет форму диска или шара с металлизированными или соединительными выводами.
Такие формы позволяют изменять резистивное значение пропорционально малым изменениям температуры. Для стандартных резисторов изменение сопротивления от нагрева видится нежелательным явлением.
Но этот же эффект видится удачным при построении многих электронных схем, требующих определения температуры.
Таким образом, будучи нелинейным электронным устройством с переменным сопротивлением, терморезистор успешно подходит для работы в качестве терморезистора-датчика. Такого рода датчики широко применяют для контроля температуры жидкостей и газов.
Выступая твердотельным устройством, изготовленным на основе высокочувствительных оксидов металлов, терморезистор работает на молекулярном уровне.
Валентные электроны становятся активными и воспроизводят отрицательный ТКС либо пассивными и тогда воспроизводят положительный ТКС.
В результате электронные приборы – термисторы, демонстрируют очень хорошую воспроизводимую резистивность, сохраняя эксплуатационные характеристики, позволяющие продуктивно работать в диапазоне температур до 200ºC.
Применение терморезисторов на практике
Базовым направлением применения, в данном случае, являются резистивные температурные датчики. Однако эти же электронные элементы, принадлежащие семейству резисторов, можно успешно использовать включенными последовательно с другими компонентами или устройствами.
Простые схемы включения терморезисторов, показывающие работу приборов в качестве температурных датчиков — своеобразных преобразователей напряжения за счёт изменения сопротивления
Такая схема включения позволяет контролировать ток, протекающий через компонент. Таким образом, термисторы, по сути, выступают ещё и токоограничителями.
Производятся термисторы разного типа, на основе различных материалов и отличаются по размерам в зависимости от времени отклика и рабочей температуры.
Существуют герметичные модификации приборов, защищённые от проникновения влаги. Есть конструкции под высокие рабочие температуры и компактные по размерам.
Следует выделить три наиболее распространенных типа терморезисторов:
- шариковые,
- дисковые,
- инкапсулированные.
Работают приборы в зависимости от изменения температуры:
- На уменьшение резистивного значения.
- На увеличение резистивного значения.
То есть существует два типа приборов:
- Обладающие отрицательным ТКС (NTC).
- Обладающие положительным ТКС (PTC).
Отрицательный коэффициент ТКС
NTC-термисторы с отрицательным ТКС уменьшают собственное резистивное значение по мере увеличения внешней температуры. Как правило, именно эти приборы чаще выступают датчиками температуры, поскольку идеально подходят практически к любому типу электроники, где требуется контроль температуры.
Относительно большой отрицательный отклик термистора NTC означает, что даже небольшие изменения температуры способны значительно изменить электрическое сопротивление прибора. Этот фактор делает модели NTC идеальными датчиками точного измерения температур.
Схема калибровки (проверки) терморезистора: 1 — источник питания; 2 — направление тока; 3 — испытуемый электронный элемент термистор; 4 — калибровочный микроамперметр
Терморезисторы NTC, снижающие сопротивление с повышением температуры, по исполнению доступны с различными базовыми сопротивлениями. Как правило, базовым сопротивлениям при комнатной температуре.
Например: 25ºC берётся за контрольную (базовую) температурную точку. Отсюда выстраиваются значения приборов, допустим, следующих номиналов:
- 2,7 кОм (25ºC),
- 10 кОм (25ºC)
- 47 кОм (25ºC)….
Другой важной характеристикой является значение «В». Величина «В» представляет собой постоянную константу, которая определяется керамическим материалом, из которого изготовлен термистор.
Этой же константой определяется градиент кривой резистивного отношения (R/T) в определенном температурном диапазоне между двумя температурными точками.
Каждый материал термистора имеет различную материальную константу и, следовательно, индивидуальную кривую отношения сопротивления и температуры.
Так, константа «B» определяет одно резистивное значение при базовой T1 (25ºС), и другое значение при Т2 (например, при 100ºC).
Следовательно, значение B определит постоянную константу материала термистора, ограниченную диапазоном T1 и T2:
B * T1 / T2 (B* 25 / 100)
p.s. значения температуры в расчётах берутся в градуировке Кельвина.
Отсюда вытекает, что имея значение «В» (из характеристики производителя) конкретного прибора, электронщику останется только создать таблицу температур и сопротивлений, чтобы построить подходящий график при помощи следующего нормированного уравнения:
B (T1/T2) = (T 2 * T 1 / T 2 – T 1) * ln(R1/R2)
где: T 1 , T 2 – температуры в градусах Кельвина; R 1 , R 2 – сопротивления при соответствующих температурах в Омах.
Так, например, термистор NTK, обладающий сопротивлением 10 кОм, имеет значение «В» равным 3455 в рамках температурного диапазона 25 — 100ºC.
Очевидный момент: термисторы экспоненциально меняют сопротивление с изменениями температуры, поэтому характеристическая нелинейная. Чем больше контрольных точек устанавливаются, тем точнее получается кривая.
Применение термистора в роли активного датчика
Поскольку прибор является активным типом датчика, для работы требуется сигнал возбуждения. Любые изменения сопротивления в результате изменения температуры преобразуются в изменение напряжения.
Промышленностью выпускаются термисторы разного исполнения, в том числе высокоточные, надёжно защищённые для применения в системах высокого уровня
Самый простой способ добиться подобного эффекта — использовать термистор как часть схемы делителя потенциала, как показано на рисунке ниже. Постоянное напряжение подаётся в цепь резистора и терморезистора.
К примеру, используется схема, где термистор 10 кОм включен последовательно с резистором 10 кОм. В этом случае выходное напряжение при базовой Т = 25ºC составит половину напряжения питания.
Таким образом, схема делителя потенциалов является примером простого преобразователя сопротивления в напряжение. Здесь сопротивление термистора регулируется температурой с последующим формирования величины выходного напряжения, пропорциональной температуре.
Простыми словами: чем теплее корпус термистора, тем ниже напряжение на выходе.
Между тем, если изменить положение последовательного резистора, R S и термистора R TH , в этом случае уровень выходного напряжения изменится на противоположный вектор. То есть теперь чем больше нагреется термистор, тем выше будет уровень выходного напряжения.
Использовать термисторы допускается и как часть базовой конфигурации с использованием мостовой схемы. Связью между резисторами R1 и R2 устанавливается опорное напряжение до требуемого значения. Например, если R1 и R2 имеют одинаковые значения сопротивления, опорное напряжение равно половине напряжения питания (V/2).
Схема усилителя, построенная с использованием этой мостовой схемы с термозондом, может выступать в качестве высокочувствительного дифференциального усилителя или в качестве простой схемы запуска Шмитта с функцией переключения.
Включение терморезистора в мостовую схему: R1, R2, R3 -обычные постоянные резисторы; Rт — термистор; А — измерительный прибор микроамперметр
Существует проблема, связанная с термистор (эффект «самонагрева»). В таких случаях рассеиваемая мощность I 2 R достаточно высока и создаёт больше тепла, чем способен рассеять корпус прибора. Соответственно, это «лишнее» тепло влияет на резистивное значение, что приводит к ложным показаниям.
Одним из способов избавления от эффекта «самонагрева» и получения более точного изменения сопротивления от влияния температуры (R/T), видится питание термистора от постоянного источника тока.
Термистор как регулятор пускового тока
Приборы традиционно используются в качестве резистивных чувствительных к температуре преобразователей. Однако сопротивление термистора изменяется не только под влиянием окружающей среды, но также изменения наблюдаются от протекающего через прибор электротока. Эффект того самого «самонагрева».
Разное электрооборудование на индуктивной составляющей:
- двигатели,
- трансформаторы,
- электролампы,
- другое,
подвергается чрезмерным пусковым токам при первом включении. Но если в цепь последовательно включить термистор, можно эффективно ограничивать высокий начальный ток. Такое решение способствует увеличению срока службы электрооборудования.
Терморезисторы с низким ТКС (при 25°C) обычно используются для регулирования пускового тока. Так называемые ограничители тока (перенапряжения) меняют сопротивление до очень низкого значения при прохождении тока нагрузки.
В момент первоначального включения оборудования пусковой ток проходит через холодный термистор, резистивное значение которого достаточно велико. Под воздействием тока нагрузки термистор нагревается, сопротивление медленно уменьшается. Так осуществляется плавная регулировка тока в нагрузке.
Термисторы NTC достаточно эффективно обеспечивают защиту от нежелательно высоких пусковых токов. Преимущественной стороной здесь является то, что этот тип приборов способен эффективно обрабатывать более высокие пусковые токи по сравнению с резисторами стандартного образца.