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
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.