O nome do termistor foi concebido como uma forma abreviada para o “resistor termicamente sensível”. A forma completa do termistor fornece a ideia geral e detalhada da ação que é a característica do termistor.
Por: S. Prakash
Os vários tipos diferentes de dispositivos nos quais o termistor é usado incluem uma ampla gama de dispositivos, como sensores de temperatura e circuitos eletrônicos, onde eles fornecem compensação de temperatura.
Embora o uso do termistor não seja tão comum quanto os transistores, resistores e capacitores da forma comum, o campo eletrônico usa os termistores em larga escala.
Símbolo do circuito do termistor
O símbolo que é usado pelo termistor para seu reconhecimento é o próprio símbolo do circuito.
O símbolo de circuito de um termistor consiste em uma base que é composta por um retângulo de resistor padrão junto com uma linha diagonal que passa pela base e consiste em uma seção vertical de tamanho pequeno.
Os diagramas de circuito usam amplamente o símbolo de circuito do termistor.
Tipos de termistor
O termistor pode ser dividido em vários tipos e categorias com base em várias maneiras diferentes.
Essas maneiras pelas quais eles devem ser categorizados baseiam-se, em primeiro lugar, na maneira como o termistor reage à exposição ao calor.
A resistência de alguns dos capacitores aumenta com o aumento da temperatura enquanto o oposto é observado em outros tipos de termistor resultando na diminuição da resistência.
Esta ideia pode ser expandida pela curva do termistor que pode ser representada por uma equação de forma simples:
Relação entre resistência e temperatura
ΔR = kx & ΔT
A equação acima é composta por:
ΔR = mudança de resistência observada
ΔT = mudança de temperatura observada
k = coeficiente de temperatura de resistência de primeira ordem
Existe uma relação não linear entre a resistência e a temperatura na maioria dos casos. Mas com as várias pequenas mudanças na resistência e na temperatura, há também uma mudança na relação que é observada e a relação se torna linear por natureza.
O valor do “k” pode ser positivo ou negativo dependendo do tipo de termistor.
Termistor NTC (Termistor de Coeficiente de Temperatura Negativo): A propriedade do Termistor NTC permite que ele diminua sua resistência com o aumento da temperatura e assim o fator “k” para o termistor NTC é negativo.
Termistor PTC (Termistor de Coeficiente de Temperatura Positivo): A propriedade do Termistor NTC permite aumentar sua resistência com o aumento da temperatura e assim o fator “k” para o termistor NTC é positivo.
Outra maneira pela qual o termistor pode ser diferenciado e categorizado além de seu recurso de mudança de resistência depende do tipo de material usado para o termistor. O material utilizado é de dois tipos principais:
Semicondutores de cristal único
Compostos que são de natureza metálica, como óxidos
Termistor: Desenvolvimento e História
O fenômeno da variação observada no resistor devido a mudanças na temperatura foi demonstrado no início do século XIX.
Há muitas maneiras pelas quais o termistor continuou a ser usado até a data. Mas a maior parte deste termistor sofre da desvantagem de poder apresentar uma variação muito pequena na resistência em correspondência com a grande faixa de temperatura.
O uso dos semicondutores está geralmente implícito nos termistores que permitem que os termistores mostrem maiores variações na resistência em correspondência com a grande faixa de temperatura.
Os materiais que são usados para a fabricação de termistor são de dois tipos, incluindo os compostos metálicos que foram os primeiros materiais a serem descobertos para termistor.
Em 1833, ao medir a variação da resistência em relação à temperatura do sulfeto de prata, Faraday descobriu o coeficiente de temperatura negativo. Mas a disponibilidade dos óxidos metálicos em larga escala comercialmente ocorreu apenas na década de 1940.
A investigação do termistor de silício e do termistor de cristal de germânio foi realizada após a Segunda Guerra Mundial enquanto o estudo dos materiais semicondutores estava sendo feito.
Embora o semicondutor e os óxidos metálicos sejam dois tipos de termistores, as faixas de temperatura cobertas por eles são diferentes e, portanto, não precisam competir.
Composição e Estrutura do Termistor
Com base nas aplicações em que o termistor precisa ser usado juntamente com a faixa da faixa de temperatura na qual o termistor vai operar; os tamanhos, formas e o tipo de material usado para fabricar o termistor são decididos.
No caso de aplicações em que a superfície plana precise estar em constante contato com o termistor; a forma do termistor nestes casos é de discos planos.
No caso, existem sondas de temperatura para as quais o termistor precisa ser feito, então a forma do termistor é na forma de hastes ou grânulos. Assim, os requisitos aderentes às aplicações para as quais o termistor será utilizado direcionam a forma física real do termistor.
A faixa de temperatura para a qual o termistor do tipo óxido metálico é usado é de 200-700 K.
O componente utilizado para fabricar estes termistores encontra-se na versão de um pó fino que é sinterizado e comprimido a uma temperatura muito elevada.
Os materiais que são mais comumente usados para esses termistores incluem óxido de níquel, óxido férrico, óxido de manganês, óxido de cobre e óxido de cobalto.
As temperaturas para as quais os termistores semicondutores são usados são muito baixas. Os termistores de silício são usados com menos frequência do que os termistores de germânio que são usados mais amplamente para as temperaturas que estão na faixa que está abaixo da faixa de 100º do zero absoluto, ou seja, 100K.
A temperatura para a qual o uso do termistor de silício pode ser feito é de no máximo 250K. Se a temperatura aumentar mais de 250 K, o termistor de silício experimenta a configuração dos coeficientes de temperatura positivos. Um único cristal é usado para fabricar o termistor em que o nível no qual a dopagem do cristal é realizada é 10^16 – 10^17/cm3.
Aplicações do termistor
O termistor pode ser usado para muitos tipos diferentes de aplicações e existem muitas outras aplicações nas quais eles são encontrados.
A característica mais atraente do termistor que os torna populares para serem usados nos circuitos é que os elementos fornecidos por eles nos circuitos são muito econômicos, pois funcionam de maneira eficaz e ainda estão disponíveis a um preço barato.
O fato de o coeficiente de temperatura ser negativo ou positivo determina as aplicações nas quais o termistor pode ser usado.
Caso o coeficiente de temperatura seja negativo, o termistor pode ser utilizado para as seguintes aplicações:
Termômetros de temperatura muito baixa: os termistores são usados para medir a temperatura de níveis muito baixos nos termômetros de temperatura muito baixa.
Termostatos digitais: Os termostatos digitais dos dias modernos usam os termistores amplamente e comumente.
Monitores de Baterias: A temperatura das baterias durante todo o período de carga é monitorada por meio de termistores NTC.
Algumas das baterias que são usadas na indústria moderna são sensíveis à sobrecarga, incluindo as baterias de íon de lítio amplamente usadas. Em tais baterias, seu estado de carregamento é efetivamente indicado pela temperatura e, assim, permite determinar o tempo em que o ciclo de carregamento precisa ser encerrado.
Dispositivos de proteção contra picos: Os circuitos de alimentação utilizam os termistores NTC na forma de dispositivos que limitam a corrente de pico.
Os termistores NTC, ao atuarem como dispositivos de proteção contra picos, evitam o fluxo de grandes quantidades de corrente no ponto de ativação e fornecem um nível inicial de alta resistência.
Depois disso, o termistor é aquecido e, assim, o nível inicial de resistência fornecido por ele diminui substancialmente, permitindo o fluxo de grandes quantidades de corrente durante a operação normal do circuito.
Os termistores usados para esta aplicação são projetados de acordo e, portanto, seu tamanho é maior em comparação com os termistores do tipo de medição.
Caso o coeficiente de temperatura seja positivo, o termistor pode ser utilizado para as seguintes aplicações:
Dispositivos limitadores de corrente: Os circuitos eletrônicos utilizam os termistores PTC na forma de dispositivos limitadores de corrente.
Os termistores PTC atuam como um dispositivo alternativo para o fusível mais utilizado. Não há efeitos colaterais ou indevidos causados pelo calor que é gerado em pequenas quantidades quando o dispositivo experimenta um fluxo de corrente durante condições normais.
Mas caso o fluxo de corrente através do dispositivo seja muito grande, isso pode resultar no aumento da resistência, pois o calor pode não ser dissipado no ambiente, pois o dispositivo pode não conseguir fazê-lo.
Isso resulta na geração de mais calor, produzindo assim um fenômeno de efeito de feedback positivo. O dispositivo é protegido por tal calor e flutuação de corrente, uma vez que a queda de corrente é observada quando há aumento da resistência.
As aplicações em que os termistores podem ser usados são de uma ampla gama. Os termistores podem ser usados para detectar temperaturas de maneira confiável, barata (econômica) e simples.
Os vários dispositivos nos quais os termistores podem ser usados incluem termostatos e alarmes de incêndio. Os termistores podem ser usados sozinhos e em conjunto com outros dispositivos. Neste último caso, o termistor pode ser usado para fornecer precisão de altos graus, tornando-o parte da Ponte de Wheatstone.
Além disso, os termistores são usados na forma de dispositivos de compensação de temperatura.
Em uma grande porcentagem dos resistores, há um aumento na resistência que é observado com um aumento correspondente na temperatura devido ao seu coeficiente de temperatura positivo.
Caso haja uma alta exigência de estabilidade pelas aplicações, é utilizado o termistor que possui coeficiente de temperatura negativo. Isto é conseguido quando o circuito incorpora o termistor para neutralizar os efeitos do componente produzidos devido ao seu coeficiente de temperatura positivo.
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