Termistores NTC (1)

Termistores NTC -1
Termistores NTC
•Introducción
•Característica R(T)
•Acoplamiento térmico – eléctrico
•Curvas I-V en estática
•Recta de carga y puntos de trabajo
•Respuesta temporal
•Aplicaciones
•Dispositivos comerciales
Termistores NTC -2
Introducción
NTC: resistores no lineales cuya resistencia disminuye fuertemente con la
temperatura. El coeficiente de temperatura es negativo y elevado.
α = 1 dR
R dT
de -2 a -6 % / ºC a Temperatura ambiente.
Resistor lineal (efecto parásito)
α ≈- 200 ppm / ºC
⇒
R (25ºC) = 10 K
R (50 ºC) = 9,95 K
Resistor no lineal NTC (efecto intencionado)
α ≈- 4 % / ºC
⇒
R (25ºC) = 10 K
R (50ºC) = 3,9 K
Termistores NTC -3
Característica R(T)
Materiales apropiados
Óxidos metálicos con características semiconductoras intrínsecas
Resistividad del material
ρ = 1/ qµ ni = A T - n exp (B / T )
( disminuye al aumentar T )
Resistencia del componente
R ( T ) = R0 exp ( B / T )
( R0 incluye la geometría del componente)
Fórmula utilizada por los fabricantes
R ( T ) = R25 exp ( B / T - B / T25 )
Termistores NTC -4
Característica R(T)
Expresión




 NTC

B
B

−
R (TNTC ) = R25 exp
T
T25 
Parámetro B
2000 K < B < 5500 K
Parámetro T25
T25 = 298 K (25+273 K)
Parámetro R25
R25 = R (TNTC = T25)
Termistores NTC -5
Característica R(T)
0
Coeficiente de temperatura
T = 300 K
-5
α (% / ºC)
α = 1 dR = − B2
R dT
T
B = 2000 K
B = 5000 K
-10
-2 % / K > α > − 6 % / K
-15
-100
0
100
TEMPERATURA ( ºC )
200
300
Termistores NTC -6
Característica R(T)
50
Tolerancia
B = 5000 K
Influencia: R25 y B
∆R = ∂R ∆R25 + ∂R ∆B
∂R25
∂B




R
∆
∆R
1
1
25
 ∆B
=
+ B  −
 B
R
R
T
T


25 

TOLERANCIA (%)
40
30
B = 2000 K
20
∆B / B = 3 %
∆R25 / R25 = 10 %
10
0
-100
Dependiente de la temperatura
0
100
TEMPERATURA ( ºC )
200
300
Termistores NTC -7
Acoplamiento Térmico - Eléctrico
Comportamiento térmico (estado estacionario)
PD = 1 TNTC − TA  ⇒ TNTC = TA + PD R T
RT
Comportamiento Eléctrico


V
B
 B

= R = R25 exp 
−

T

T
I
25 
 NTC
Acoplamiento Térmico - Eléctrico

V = R exp 
B
B

−


25
V ⋅I ⋅R + T

I
T
T
A
25 

Termistores NTC -8
Acoplamiento Térmico - Eléctrico
Curvas I-V en estado estacionario térmico

V = R exp 
B
B

−


25
V ⋅I ⋅R + T

I
T
T
25 
A

Zona I : Potencia disipada ↓↓
TNTC ≈TA
R ≠ R (V, I)
⇒
⇒
R(TNTC) = cte. = R(TA)
Característica lineal
Zona II : Potencia disipada ↑↑
TNTC >> TA
R = R (V, I)
⇒
⇒
R disminuye fuertemente
Característica no lineal
Termistores NTC -9
Acoplamiento Térmico - Eléctrico
3
Curvas I-V
Representación lineal
R=V/I
( Líneas rectas )
2
Tensión (V)
Resistencia Constante
T1=298K
1
Potencia Constante
P = V ×I
( Hipérbolas )
0
0.0
0.1
0.2
0.3
Corriente (A)
0.4
0.5
Termistores NTC -10
Acoplamiento Térmico - Eléctrico
101
Curvas I-V
Representación logarítmica
Log V = log R + log I
( Rectas de pendiente +1 )
10 Ω
100
Tensión (V)
Resistencia Constante
100 Ω
1W
298 K
10-1
Potencia Constante
log V = log P - log I
( Rectas de pendiente -1 )
373 K
10-2
10-3
10-2
10-1
Corriente (A)
100
101
Termistores NTC -11
Uso de las Curvas I-V
Parámetros de interés del resistor NTC
•Parámetros de la ley R(T): R25 y B
•Resistencia Térmica: RT
•Temperatura máxima de operación: TMAX
•Potencia máxima aplicable: PMAX
Toda la información puede obtenerse a partir de dos curvas I-V
correspondientes a dos temperaturas ambiente distintas
Termistores NTC -12
Uso de las Curvas I-V
101
Obtención de R25
100 Ω
1) Seleccionar la curva de
TA = T25 = 298 K
TNTC ≈TA
Tensión (V)
2) Zona de baja disipación
100
298 K
10-1
V = 0.1 V
I = 0.001 A
373 K
3) Resultado
R (T25) = V / I = 100 Ω
10-2
10-3
10-2
10-1
Corriente (A)
100
101
Termistores NTC -13
Uso de las Curvas I-V
101
Obtención de B
100 Ω
10 Ω
1) Zona de alta disipación
3) Expresión R(T)
ln
B=







100
Tensión (V)
TA = 298 K = T25
TNTC = 373K
R (373 K) = 10 Ω
298 K
10-1
R(TNTC ) 
R25
1 1
−
T T25




373 K
= 3410 K
10-2
10-3
10-2
10-1
Corriente (A)
100
101
Termistores NTC -14
Uso de las Curvas I-V
101
Obtención de RT
100 Ω
1) Zona de alta disipación
2V
TA = 298 K
PD = V I = 0.4 W
2) Expresión TNTC
100
Tensión (V)
TNTC = 373K
10 Ω
298 K
10-1
TNTC = TA + RT PD
373 K
RT = (TNTC - TA ) / PD
RT ≈190 ºC / W
0.2 A
10-2
10-3
10-2
10-1
Corriente (A)
100
101
Termistores NTC -15
Uso de las Curvas I-V
101
Obtención de RMIN y TMAX
10 Ω
100 Ω
0.75 Ω
1) Temperatura máxima
P = V I = 0.75 W
TMAX = TA + RT P = 240 ºC
Tensión (V)
TA = 373 K (100 ºC)
RT ≈190 ºC / W
0.75 V
100
298 K
10-1
373 K
2) Resistencia mínima
RMIN = V / I = 0.75 Ω
1A
10-2
10-3
10-2
10-1
Corriente (A)
100
101
Termistores NTC -16
Recta de carga y puntos de trabajo
Polarización
R eq
Q2
VNTC
Veq
Tensión (V)
INTC
Q3
Q1
Q4
Q5
(I)
VNTC = Veq - INTC Req
( II )
0
Corriente (A)
( III )
Termistores NTC -17
Recta de carga y puntos de trabajo
R1
Q 1´
V eq + ∆V eq
R2
Q 1 ´´
( I´ )
Q1 es estable
V eq
V 0 /R 0
Q 1 ´´´
(I)
Tensión (V)
Q1
0
Corriente (A)
Termistores NTC -18
Recta de carga y puntos de trabajo
V
eq
+∆V
eq
eq
V
eq
-∆ V
eq
Q
2
Q
Q
3
´
3
V 0/R
0
Q
4
Tensión (V)
V
Q 3´ ´
Q
R
3
´´´
(II´)
1
(II)
R
2
0
C o rrie n te (A )
⇒
Q2 y Q4 estables, Q3 inestable
Termistores NTC -19
Recta de carga y puntos de trabajo
Variación de Veq
Tensión
Tensión
Variación de TA
298 K
Q
Q´
308 K
Q
Q´
Corriente
Corriente
Termistores NTC -20
Recta de carga y puntos de trabajo
Variación de Req
Q´
Tensión (V)
Tensión
Efecto de la RT
Q
R (1)
T
Q
Q´
Corriente
Corriente (A)
RT(2)
Termistores NTC -21
Respuesta temporal
T NTC + τT
Régimen no estacionario
dTNTC
dt
= T A + PA RT
τΤ = RT ×CT Constante de tiempo térmica
I2
R = c te
Veq
t= 0
τΤ
Tensión (V)
t
V 0 /R 0
t → ∞
Q
I2
I1
0
Corriente (A)
I1
t
Termistores NTC -22
Aplicaciones
1. Dependencia de la resistencia con la temperatura: R = R ( T )
•Medida de la Temperatura.
•Cambio de medio (líquido-aire).
•Medida de flujos de gases.
2. Inercia térmica de la NTC: R = R ( T ) con T = T ( t )
•Retardo en el accionamiento de relés.
•Aumento lento de corriente.
3. Coeficiente de temperatura negativo: α < 0
•Compensación de coeficientes de temperatura positivos.
•Estabilización de voltajes.