מהו תרמיסטור ופוזיסטור והיכן משתמשים בהם

תרמיסטור הוא רכיב מוליכים למחצה עם התנגדות חשמלית תלוית טמפרטורה. הומצא בשנת 1930 על ידי המדען סמואל ראובן, רכיב זה עדיין נמצא בשימוש נרחב בטכנולוגיה.

תרמיסטורים עשויים מחומרים שונים, מקדם התנגדות טמפרטורה (TCR) שהוא די גבוה - עדיף באופן משמעותי על סגסוגות מתכות ומתכות טהורות, כלומר ממוליכים למחצה מיוחדים וספציפיים.

באופן ישיר, האלמנט ההתנגדות העיקרי מתקבל על ידי מתכות אבקה, עיבוד כלקוגנידים, הלידים ותחמוצות של מתכות מסוימות, מה שמקנה להם צורות שונות, למשל, בצורה של דיסקים או מוטות בגדלים שונים, דסקיות גדולות, צינורות בינוניים, צלחות דקות, חרוזים קטנים, בגדלים של כמה מיקרונים עד עשרות מילימטרים...

על פי אופי המתאם בין ההתנגדות של האלמנט לטמפרטורתו, הם מחלקים את התרמיסטורים לשתי קבוצות גדולות - פוסיסטורים ותרמיסטורים.לפוזיסטורים יש TCS חיובי (מסיבה זו, פוסיסטורים נקראים גם תרמיסטורים PTC) ולתרמיסטורים יש TCS שלילי (לכן הם נקראים תרמיסטורים NTC).

תרמיסטור - נגד תלוי טמפרטורה העשוי מחומר מוליכים למחצה עם מקדם טמפרטורה שלילי ורגישות גבוהה, פוסיסטור - נגד תלוי טמפרטורה עם מקדם חיובי. לפיכך, ככל שהטמפרטורה של גוף הפוסיסטור עולה, ההתנגדות שלו יורדת, וככל שהטמפרטורה של התרמיסטור עולה, ההתנגדות שלו יורדת בהתאם.

חומרים לתרמיסטורים כיום הם: תערובות של תחמוצות רב גבישיות של מתכות מעבר כגון קובלט, מנגן, נחושת וניקל, תרכובות מסוג IIIIBV, כמו גם מוליכים למחצה מסוממים ומזגוגיים כמו סיליקון וגרמניום ועוד כמה חומרים. בולטים הם פוזיסטרים לתמיסה מוצקה של בריום טיטנאט.

ניתן לסווג תרמיסטורים כ:

• דרגת טמפרטורה נמוכה (טמפרטורת הפעלה מתחת ל-170 K);

• דרגת טמפרטורה בינונית (טמפרטורת הפעלה מ-170 K עד 510 K);

• דרגת טמפרטורה גבוהה (טמפרטורת הפעלה של 570 K ומעלה);

• מחלקה נפרדת לטמפרטורה גבוהה (טמפרטורת פעולה מ-900 K עד 1300 K).

כל האלמנטים הללו, תרמיסטורים ופוזיסטורים, יכולים לעבוד בתנאים חיצוניים אקלימיים שונים ותחת עומסים חיצוניים וזרמים פיזיים משמעותיים. עם זאת, תחת תרמוסיקלינג חמור, המאפיינים התרמו-אלקטריים הראשוניים שלהם, כגון התנגדות טמפרטורת החדר הנומינלית ומקדם התנגדות הטמפרטורה, משתנים עם הזמן.

ישנם גם רכיבים משולבים, למשל תרמיסטורים מחוממים בעקיפין... הבתים של מכשירים כאלה מכילים את התרמיסטור עצמו וגוף חימום מבודד גלווני הקובע את הטמפרטורה ההתחלתית של התרמיסטור ובהתאם את ההתנגדות החשמלית הראשונית שלו.

התקנים אלה משמשים כנגדים משתנים הנשלטים על ידי המתח המופעל על גוף החימום של התרמיסטור.

בהתאם לאופן הבחירה של נקודת הפעולה של המאפיין I - V של רכיב נתון, נקבע גם מצב הפעולה של התרמיסטור במעגל. ומאפיין ה-I - V עצמו קשור למאפייני התכנון ולטמפרטורה המופעלת על הדיור של הרכיב.

כדי לשלוט בתנודות הטמפרטורה ולפצות על פרמטרים המשתנים דינמית, כגון הזרם הזורם והמתח המופעל במעגלים חשמליים, המשתנים לאחר שינוי בתנאי הטמפרטורה, משתמשים בתרמיסטורים עם נקודת הפעלה המוגדרת בקטע הליניארי של ה-I - V מאפיין .

אבל נקודת הפעולה נקבעת באופן מסורתי על קטע הנפילה של מאפיין I - V (תרמיסטורים NTC) אם התרמיסטור משמש, למשל, כמתנע, ממסר זמן, במערכת למעקב ומדידה של עוצמת קרינת המיקרוגל, במערכות אזעקת אש, בקרה תרמית, במתקנים לבקרת זרימת חומרים ונוזלים בתפזורת.

התרמיסטורים והפוזיסטורים הפופולריים ביותר של טמפרטורת הביניים של היום עם TCS מ-2.4 עד -8.4% ב-1 K... הם פועלים על מגוון רחב של התנגדויות מאוהם ועד מגאוהם.

ישנם פוזיסטורים עם TCR נמוך יחסית של 0.5% עד 0.7% ב-1 K על בסיס סיליקון. ההתנגדות שלהם משתנה כמעט באופן ליניארי.פוזיטורים כאלה נמצאים בשימוש נרחב במערכות ייצוב טמפרטורה ובמערכות קירור אקטיביות של מתגי מוליכים למחצה במכשירים אלקטרוניים מודרניים שונים, במיוחד במכשירים חזקים. רכיבים אלה מתאימים בקלות לשרטוטים ואינם תופסים מקום רב בלוח.

פוזיסטר טיפוסי הוא בצורת דיסק קרמי, לפעמים מותקנים מספר אלמנטים בסדרה במקרה אחד, אך לעתים קרובות יותר בגרסה אחת בציפוי אמייל מגן. פוזיסטורים משמשים לעתים קרובות כנתיכים להגנה על מעגלים חשמליים מפני מתח יתר וזרם, כמו גם חיישני טמפרטורה ואלמנטים מייצבים עצמיים, בשל חוסר היומרה והיציבות הפיזית שלהם.

טרמיסטורים נמצאים בשימוש נרחב בתחומים רבים של אלקטרוניקה, במיוחד כאשר שליטה מדויקת על תהליך הטמפרטורה חשובה. זה חל על ציוד להעברת נתונים, טכנולוגיית מחשבים, מעבדים בעלי ביצועים גבוהים וציוד תעשייתי דיוק גבוה.

אחת הדוגמאות הפשוטות והפופולריות ביותר ליישומי תרמיסטור היא הגבלת זרם כניסה יעילה. כרגע המתח מסופק לאספקת החשמל מהרשת, חד במיוחד טעינת קבלים קיבול משמעותי וזרם טעינה גדול זורם במעגל הראשוני, שיכול לשרוף את גשר הדיודה.

הזרם הזה נמצא כאן והוא מוגבל על ידי התרמיסטור, כלומר, רכיב המעגל הזה משנה את ההתנגדות שלו בהתאם לזרם העובר דרכו, כי לפי חוק אוהם הוא מתחמם. לאחר מכן, התרמיסטור משחזר את ההתנגדות המקורית שלו, לאחר מספר דקות, ברגע שהוא מתקרר לטמפרטורת החדר.