چگونه کیفیت یک ترمیستور را تشخیص دهیم؟ چگونه ترمیستور مناسب نیازهای خود را انتخاب کنیم؟

قضاوت در مورد عملکرد یک ترمیستور و انتخاب یک محصول مناسب، مستلزم بررسی جامع پارامترهای فنی و سناریوهای کاربردی است. در اینجا یک راهنمای دقیق ارائه شده است:

۱. چگونه کیفیت یک ترمیستور را تشخیص دهیم؟

پارامترهای کلیدی عملکرد، هسته اصلی ارزیابی هستند:

۱. مقدار مقاومت اسمی (R25):

• تعریف:مقدار مقاومت در یک دمای مرجع خاص (معمولاً ۲۵ درجه سانتیگراد).
• قضاوت کیفی:خودِ مقدار اسمی ذاتاً خوب یا بد نیست؛ نکته‌ی کلیدی این است که آیا الزامات طراحی مدار کاربردی (مثلاً تقسیم‌کننده‌ی ولتاژ، محدودکننده‌ی جریان) را برآورده می‌کند یا خیر. پایداری (گسترش مقادیر مقاومت در یک دسته) یک شاخص حیاتی از کیفیت تولید است - پراکندگی کمتر بهتر است.
• توجه:NTC و PTC در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد محدوده مقاومت بسیار متفاوتی دارند (NTC: اهم تا مگا اهم، PTC: معمولاً اهم تا صدها اهم).

۲. مقدار B (مقدار بتا):

• تعریف:پارامتری که حساسیت تغییر مقاومت ترمیستور را با دما توصیف می‌کند. معمولاً به مقدار B بین دو دمای خاص اشاره دارد (مثلاً B25/50، B25/85).
• فرمول محاسبه: B = (T1 * T2) / (T2 - T1) * ln(R1/R2)
• قضاوت کیفی:
  • ان تی سی:مقدار B بالاتر نشان دهنده حساسیت دمایی بیشتر و تغییر مقاومت با دما با شیب تندتر است. مقادیر بالای B وضوح بالاتری در اندازه‌گیری دما ارائه می‌دهند اما خطی بودن را در محدوده‌های دمایی وسیع بدتر می‌کنند. ثبات (پراکندگی مقدار B در یک دسته) بسیار مهم است.
  • پی تی سی:مقدار B (اگرچه ضریب دمایی α رایج‌تر است) نرخ افزایش مقاومت در زیر نقطه کوری را توصیف می‌کند. برای کاربردهای سوئیچینگ، شیب جهش مقاومت در نزدیکی نقطه کوری (مقدار α) کلیدی است.
  • توجه:تولیدکنندگان مختلف ممکن است مقادیر B را با استفاده از جفت‌های دمایی مختلف (T1/T2) تعریف کنند؛ هنگام مقایسه، از ثبات آنها اطمینان حاصل کنید.

۳. دقت (تحمل):

• تعریف:محدوده انحراف مجاز بین مقدار واقعی و مقدار اسمی. معمولاً به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شود:
  • دقت مقدار مقاومت:انحراف مجاز مقاومت واقعی از مقاومت اسمی در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد (مثلاً ۱±٪، ۳±٪، ۵±٪).
  • دقت مقدار B:انحراف مجاز مقدار واقعی B از مقدار اسمی B (مثلاً ±۰.۵٪، ±۱٪، ±۲٪).
  • قضاوت کیفی:دقت بالاتر نشان دهنده عملکرد بهتر است، معمولاً با هزینه بالاتر. کاربردهای با دقت بالا (مثلاً اندازه‌گیری دقیق دما، مدارهای جبران‌سازی) به محصولات با دقت بالا نیاز دارند (مثلاً ±1% R25، ±0.5% مقدار B). محصولات با دقت پایین‌تر را می‌توان در کاربردهای کم‌اهمیت‌تر (مثلاً حفاظت در برابر اضافه جریان، نشانگر تقریبی دما) استفاده کرد.

4. ضریب دما (α):

• تعریف:نرخ نسبی تغییر مقاومت با دما (معمولاً نزدیک به دمای مرجع ۲۵ درجه سانتیگراد) است. برای NTC، α = - (B / T²) (%/°C)؛ برای PTC، یک α مثبت کوچک زیر نقطه کوری وجود دارد که به طور چشمگیری در نزدیکی آن افزایش می‌یابد.
• قضاوت کیفی:مقدار بالای |α| (برای NTC منفی، برای PTC مثبت در نزدیکی نقطه سوئیچ) در کاربردهایی که نیاز به پاسخ سریع یا حساسیت بالا دارند، یک مزیت است. با این حال، این به معنای محدوده عملیاتی مؤثر باریک‌تر و خطی بودن بدتر نیز هست.

۵. ثابت زمانی حرارتی (τ):

• تعریف:در شرایط توان صفر، زمان لازم برای تغییر دمای ترمیستور به میزان ۶۳.۲٪ از کل اختلاف، زمانی که دمای محیط تغییر پله‌ای می‌کند.
• قضاوت کیفی:ثابت زمانی کوچکتر به معنای پاسخ سریعتر به تغییرات دمای محیط است. این امر برای کاربردهایی که نیاز به اندازه‌گیری یا واکنش سریع دما دارند (مثلاً محافظت در برابر دمای بیش از حد، تشخیص جریان هوا) بسیار مهم است. ثابت زمانی تحت تأثیر اندازه بسته‌بندی، ظرفیت گرمایی ماده و رسانایی حرارتی قرار می‌گیرد. NTC های مهره‌ای کوچک و بدون کپسول، سریعترین پاسخ را می‌دهند.

۶. ثابت اتلاف (δ):

• تعریف:توان مورد نیاز برای افزایش دمای ترمیستور به میزان ۱ درجه سانتیگراد بالاتر از دمای محیط به دلیل اتلاف توان خودش (واحد: mW/°C).
• قضاوت کیفی:ثابت اتلاف بالاتر به معنای اثر خودگرمایی کمتر است (یعنی افزایش دمای کمتر برای جریان یکسان). این برای اندازه‌گیری دقیق دما بسیار مهم است، زیرا خودگرمایی کم به معنای خطاهای اندازه‌گیری کمتر است. ترمیستورهایی با ثابت اتلاف کم (اندازه کوچک، بسته‌بندی عایق حرارتی) بیشتر مستعد خطاهای خودگرمایی قابل توجه ناشی از جریان اندازه‌گیری هستند.

۷. حداکثر توان نامی (Pmax):

• تعریف:حداکثر توانی که ترمیستور می‌تواند در دمای محیط مشخص، بدون آسیب یا تغییر دائمی پارامترها، به طور پایدار و بلندمدت کار کند.
• قضاوت کیفی:باید حداکثر نیاز اتلاف توان مورد نیاز کاربرد را با حاشیه کافی (معمولاً با ضریب توان کمتر) برآورده کند. مقاومت‌هایی با قابلیت جابجایی توان بالاتر، قابل اعتمادتر هستند.

۸. محدوده دمای عملیاتی:

• تعریف:بازه دمایی محیطی که در آن ترمیستور می‌تواند به طور عادی کار کند، در حالی که پارامترها در محدوده دقت مشخص شده باقی می‌مانند.
• قضاوت کیفی:محدوده وسیع‌تر به معنای کاربردپذیری بیشتر است. اطمینان حاصل کنید که بالاترین و پایین‌ترین دمای محیط در کاربرد مورد نظر در این محدوده قرار می‌گیرد.

۹. پایداری و قابلیت اطمینان:

• تعریف:توانایی حفظ مقاومت پایدار و مقادیر B در طول استفاده طولانی مدت یا پس از تجربه چرخه دمایی و نگهداری در دمای بالا/پایین.
• قضاوت کیفی:پایداری بالا برای کاربردهای دقیق بسیار مهم است. NTC های محصور شده با شیشه یا با عملیات ویژه، معمولاً پایداری بلندمدت بهتری نسبت به NTC های محصور شده با اپوکسی دارند. استقامت سوئیچینگ (تعداد چرخه‌های سوئیچ که می‌تواند بدون خرابی تحمل کند) یک شاخص کلیدی قابلیت اطمینان برای PTC ها است.

دوم. چگونه ترمیستور مناسب نیازهای خود را انتخاب کنیم؟

فرآیند انتخاب شامل تطبیق پارامترهای عملکرد با الزامات برنامه است:

۱. نوع برنامه را مشخص کنید:این پایه و اساس است.

• اندازه‌گیری دما: NTCترجیح داده می‌شود. روی دقت (مقدار R و B)، پایداری، محدوده دمای عملیاتی، اثر خودگرمایی (ثابت اتلاف)، سرعت پاسخ (ثابت زمانی)، خطی بودن (یا اینکه آیا جبران خطی‌سازی مورد نیاز است) و نوع بسته‌بندی (کاوشگر، SMD، شیشه‌ای محصور شده) تمرکز کنید.
• جبران دما: NTCمعمولاً استفاده می‌شود (جبران رانش در ترانزیستورها، کریستال‌ها و غیره). اطمینان حاصل کنید که ویژگی‌های دمایی NTC با ویژگی‌های رانش قطعه جبران‌شده مطابقت دارد و پایداری و دقت را در اولویت قرار دهید.
• محدود کننده جریان هجومی: NTCترجیح داده می‌شود. پارامترهای کلیدی عبارتند ازمقدار مقاومت اسمی (اثر محدودکننده اولیه را تعیین می‌کند)، حداکثر جریان/توان حالت پایدار(ظرفیت جابجایی را در حین عملیات عادی تعیین می‌کند)،حداکثر مقاومت در برابر جریان ناگهانی(مقدار I²t یا جریان پیک برای شکل موج‌های خاص)، وزمان بهبودی(زمان لازم برای خنک شدن و رسیدن به حالت مقاومت کم پس از خاموش شدن، که بر کاربردهای سوئیچینگ مکرر تأثیر می‌گذارد).
• محافظت در برابر افزایش دما/جریان: PTC(فیوزهای قابل تنظیم مجدد) معمولاً استفاده می‌شوند.
  • محافظت در برابر دمای بیش از حد:یک PTC با نقطه کوری کمی بالاتر از حد بالای دمای کارکرد عادی انتخاب کنید. روی دمای تریپ، زمان تریپ، دمای ریست، ولتاژ/جریان نامی تمرکز کنید.
  • محافظت در برابر جریان بیش از حد:یک PTC با جریان نگه‌داری کمی بالاتر از جریان عملیاتی عادی مدار و جریان قطع کمتر از سطحی که می‌تواند باعث آسیب شود، انتخاب کنید. پارامترهای کلیدی شامل جریان نگه‌داری، جریان قطع، حداکثر ولتاژ، حداکثر جریان، زمان قطع و مقاومت هستند.
  • تشخیص سطح/جریان مایع: NTCمعمولاً با استفاده از اثر خودگرمایی آن استفاده می‌شود. پارامترهای کلیدی عبارتند از ثابت اتلاف، ثابت زمانی حرارتی (سرعت پاسخ)، قابلیت جابجایی توان و بسته‌بندی (باید در برابر خوردگی محیط مقاوم باشد).

۲. الزامات پارامترهای کلیدی را تعیین کنید:نیازها را بر اساس سناریوی برنامه کمی کنید.

• محدوده اندازه‌گیری:حداقل و حداکثر دماهایی که باید اندازه‌گیری شوند.
• الزامات دقت اندازه‌گیری:چه محدوده خطای دمایی قابل قبول است؟ این، مقاومت مورد نیاز و درجه دقت مقدار B را تعیین می‌کند.
• الزامات سرعت پاسخ:با چه سرعتی باید تغییر دما تشخیص داده شود؟ این موضوع ثابت زمانی مورد نیاز را تعیین می‌کند و بر انتخاب بسته‌بندی تأثیر می‌گذارد.
• رابط مدار:نقش ترمیستور در مدار (تقسیم‌کننده ولتاژ؟ محدودکننده جریان سری؟). این نقش، محدوده مقاومت اسمی مورد نیاز و جریان/ولتاژ محرک را تعیین می‌کند و بر محاسبه خطای خودگرمایی تأثیر می‌گذارد.
• شرایط محیطی:رطوبت، خوردگی شیمیایی، فشار مکانیکی، نیاز به عایق‌بندی؟ این موارد مستقیماً بر انتخاب بسته‌بندی تأثیر می‌گذارند (مثلاً اپوکسی، شیشه، غلاف استیل ضد زنگ، روکش سیلیکونی، SMD).
• محدودیت‌های مصرف برق:مدار چه مقدار جریان محرک می‌تواند ارائه دهد؟ افزایش دمای خودگرمایشی مجاز چقدر است؟ این موارد، ثابت اتلاف قابل قبول و سطح جریان محرک را تعیین می‌کنند.
• الزامات قابلیت اطمینان:به پایداری بالای بلندمدت نیاز دارید؟ باید در برابر تعویض مکرر مقاومت کنید؟ به قابلیت تحمل ولتاژ/جریان بالا نیاز دارید؟
• محدودیت‌های اندازه:فضای برد مدار چاپی؟ فضای نصب؟

۳. NTC یا PTC را انتخاب کنید:بر اساس مرحله ۱ (نوع درخواست)، این معمولاً تعیین می‌شود.

۴. فیلتر کردن مدل‌های خاص:

• به برگه‌های اطلاعات سازنده مراجعه کنید:این مستقیم‌ترین و مؤثرترین راه است. تولیدکنندگان اصلی شامل Vishay، TDK (EPCOS)، Murata، Semitec، Littelfuse، TR Ceramic و غیره هستند.
• پارامترهای تطبیق:بر اساس الزامات کلیدی مشخص شده در مرحله 2، به دنبال مدل‌هایی در برگه‌های اطلاعات باشید که معیارهای مقاومت اسمی، مقدار B، درجه دقت، محدوده دمای عملیاتی، اندازه بسته‌بندی، ثابت اتلاف، ثابت زمانی، حداکثر توان و غیره را برآورده می‌کنند.
• نوع بسته بندی:
  • قطعه نصب سطحی (SMD):اندازه کوچک، مناسب برای SMT با چگالی بالا، هزینه کم. سرعت پاسخ متوسط، ثابت اتلاف متوسط، قابلیت تحمل توان کمتر. اندازه‌های رایج: 0201، 0402، 0603، 0805 و غیره
  • شیشه‌ای محصور شده:پاسخ بسیار سریع (ثابت زمانی کوچک)، پایداری خوب، مقاوم در برابر دمای بالا. کوچک اما شکننده. اغلب به عنوان هسته در پروب‌های دمای دقیق استفاده می‌شود.
  • روکش اپوکسی:هزینه کم، مقداری محافظت. سرعت پاسخ متوسط، پایداری و مقاومت دمایی.
  • محوری/شعاعی سربدار:قابلیت انتقال قدرت نسبتاً بالاتر، لحیم کاری دستی یا نصب از طریق سوراخ آسان.
  • پروب با روکش فلزی/پلاستیکی:نصب و محکم کردن آن آسان است، عایق، ضد آب، مقاوم در برابر خوردگی و محافظت مکانیکی ارائه می‌دهد. سرعت پاسخ کندتر (بستگی به محفظه/پر کردن دارد). مناسب برای کاربردهای صنعتی و لوازم خانگی که نیاز به نصب مطمئن دارند.
  • نوع برق نصب سطحی:طراحی شده برای محدود کردن جریان هجومی با توان بالا، اندازه بزرگتر، و مدیریت توان قوی.

۵. هزینه و در دسترس بودن را در نظر بگیرید:یک مدل مقرون به صرفه با عرضه پایدار و زمان تحویل قابل قبول که الزامات عملکرد را برآورده می‌کند، انتخاب کنید. مدل‌های با دقت بالا، بسته‌بندی ویژه و پاسخ سریع معمولاً گران‌تر هستند.

۶. در صورت لزوم، اعتبارسنجی آزمون را انجام دهید:برای کاربردهای حساس، به ویژه مواردی که شامل دقت، سرعت پاسخ یا قابلیت اطمینان هستند، نمونه‌های آزمایشی را تحت شرایط عملیاتی واقعی یا شبیه‌سازی شده آزمایش کنید.

خلاصه مراحل انتخاب

۱. نیازها را تعریف کنید:کاربرد چیست؟ اندازه‌گیری چه چیزی؟ محافظت از چه چیزی؟ جبران چه چیزی؟
۲. نوع را تعیین کنید:NTC (اندازه‌گیری/جبران/محدودسازی) یا PTC (محافظت)؟
۳. تعیین کمیت پارامترها:محدوده دما؟ دقت؟ سرعت پاسخ؟ توان؟ اندازه؟ محیط؟
۴. بررسی برگه‌های اطلاعات:مدل‌های کاندید را بر اساس نیاز فیلتر کنید، جداول پارامترها را مقایسه کنید.
۵. بسته بررسی:بسته مناسب را بر اساس محیط، نصب و پاسخ انتخاب کنید.
۶. مقایسه هزینه:یک مدل اقتصادی را انتخاب کنید که الزامات را برآورده کند.
۷. اعتبارسنجی:عملکرد نمونه را در شرایط واقعی یا شبیه‌سازی شده برای کاربردهای حیاتی آزمایش کنید.

با تجزیه و تحلیل سیستماتیک پارامترهای عملکرد و ترکیب آنها با الزامات خاص کاربرد، می‌توانید به طور موثر کیفیت ترمیستور را ارزیابی کرده و مناسب‌ترین مورد را برای پروژه خود انتخاب کنید. به یاد داشته باشید، هیچ ترمیستوری "بهترین" نیست، بلکه فقط ترمیستوری "مناسب‌ترین" برای یک کاربرد خاص وجود دارد. در طول فرآیند انتخاب، برگه‌های اطلاعات دقیق، قابل اعتمادترین مرجع شما هستند.