熱敏電阻是一種特殊類型的可變電阻元件，當(dāng)暴露在溫度變化中時(shí)，其物理電阻會(huì)發(fā)生變化。

熱敏電阻是一種固態(tài)溫度傳感設(shè)備，其行為類似于電阻，但對(duì)溫度敏感。熱敏電阻可用于根據(jù)環(huán)境溫度的變化產(chǎn)生模擬輸出電壓，因此可以被稱為傳感器。這是因?yàn)樗谕獠繜崃孔兓瘯r(shí)改變了其電氣特性。

熱敏電阻基本上是一個(gè)兩端固態(tài)熱敏傳感器，由基于半導(dǎo)體的敏感金屬氧化物制成，具有金屬化或燒結(jié)的連接引線，形成陶瓷圓盤(pán)或珠狀結(jié)構(gòu)。

這使得熱敏電阻能夠根據(jù)環(huán)境溫度的微小變化按比例改變其電阻值。換句話說(shuō)，隨著溫度的變化，其電阻也會(huì)變化，因此其名稱“熱敏電阻”是“熱敏電阻器”（THERM-ally sensitive res-ISTOR）的組合詞。

雖然在標(biāo)準(zhǔn)電阻器中，由于熱量引起的電阻變化通常是不希望的，但這種效應(yīng)可以在許多溫度檢測(cè)電路中得到很好的利用。因此，作為一種非線性可變電阻器件，熱敏電阻通常用作溫度傳感器，廣泛應(yīng)用于測(cè)量液體和環(huán)境空氣的溫度。

此外，由于熱敏電阻是由高度敏感的金屬氧化物制成的固態(tài)器件，它們?cè)诜肿铀缴线\(yùn)行，隨著熱敏電阻溫度的升高，最外層（價(jià)）電子變得更加活躍，產(chǎn)生負(fù)溫度系數(shù)，或變得不那么活躍，產(chǎn)生正溫度系數(shù)。

這意味著它們具有非常好的電阻與溫度特性，使其能夠在高達(dá) 200°C 的溫度下工作。

典型熱敏電阻 

雖然熱敏電阻的主要用途是作為電阻溫度傳感器，但它們也可以與另一個(gè)組件或設(shè)備串聯(lián)連接，以控制通過(guò)它們的電流。換句話說(shuō)，它們可以用作熱敏限流器件。

熱敏電阻有多種類型、材料和尺寸，其特征是響應(yīng)時(shí)間和工作溫度。此外，密封熱敏電阻消除了由于水分滲透而導(dǎo)致的電阻讀數(shù)誤差，同時(shí)仍提供高工作溫度和緊湊的尺寸。最常見(jiàn)的三種類型是：珠狀熱敏電阻、盤(pán)狀熱敏電阻和玻璃封裝熱敏電阻。

這些與熱相關(guān)的電阻器可以通過(guò)兩種方式工作：隨著溫度的變化增加或減少其電阻值。因此，有兩種類型的熱敏電阻：負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻和正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻。

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（簡(jiǎn)稱 NTC 熱敏電阻）隨著周圍溫度的升高而降低其電阻值。通常，NTC 熱敏電阻是最常用的溫度傳感器類型，因?yàn)樗鼈兛梢杂糜趲缀跛信c溫度相關(guān)的設(shè)備中。

NTC 熱敏電阻具有電阻與溫度（R/T）的負(fù)相關(guān)關(guān)系。NTC 熱敏電阻的較大負(fù)響應(yīng)意味著即使溫度的微小變化也會(huì)導(dǎo)致其電阻的顯著變化。這使得它們非常適合精確的溫度測(cè)量和控制。

我們之前說(shuō)過(guò)，熱敏電阻是一種電阻高度依賴于溫度的電子元件，因此如果我們通過(guò)熱敏電阻發(fā)送恒定電流，然后測(cè)量其兩端的電壓降，我們就可以確定其在特定溫度下的電阻。

NTC 熱敏電阻隨著溫度的升高而降低其電阻，并且有多種基極電阻和溫度曲線可供選擇。NTC 熱敏電阻通常以其在室溫（25°C，77°F）下的基極電阻為特征，因?yàn)檫@提供了一個(gè)方便的參考點(diǎn)。例如，25°C 時(shí)為 2k2Ω、25°C 時(shí)為 10kΩ 或 25°C 時(shí)為 47kΩ 等。

熱敏電阻的另一個(gè)重要特性是其“B”值。B 值是由其制成的陶瓷材料決定的材料常數(shù)。它描述了在兩個(gè)溫度點(diǎn)之間的特定溫度范圍內(nèi)電阻（R/T）曲線的斜率。每種熱敏電阻材料將具有不同的材料常數(shù)，因此具有不同的電阻與溫度曲線。

因此，B 值將定義熱敏電阻在第一個(gè)溫度或基點(diǎn)（通常為 25°C，稱為 T1）的電阻值，以及熱敏電阻在第二個(gè)溫度點(diǎn)（例如 100°C，稱為 T2）的電阻值。

因此，B 值將定義熱敏電阻在 T1 和 T2 之間的材料常數(shù)。即 BT1/T2 或 B25/100，典型的 NTC 熱敏電阻 B 值在 3000 到 5000 之間。

請(qǐng)注意，T1 和 T2 的溫度點(diǎn)均以開(kāi)爾文（Kelvin）為單位計(jì)算，其中 0°C = 273.15 開(kāi)爾文。因此，25°C 等于 25° + 273.15 = 298.15K，100°C 等于 100° + 273.15 = 373.15K，依此類推。

因此，通過(guò)了解特定熱敏電阻的 B 值（從制造商的數(shù)據(jù)表中獲得），可以使用以下歸一化方程生成溫度與電阻的表格，以構(gòu)建合適的圖表：

熱敏電阻方程 

其中： 

- T1 是第一個(gè)溫度點(diǎn)（開(kāi)爾文） 

- T2 是第二個(gè)溫度點(diǎn)（開(kāi)爾文） 

- R1 是熱敏電阻在溫度 T1 時(shí)的電阻（歐姆） 

- R2 是熱敏電阻在溫度 T2 時(shí)的電阻（歐姆） 

熱敏電阻示例 1 

一個(gè) 10kΩ 的 NTC 熱敏電阻在 25°C 到 100°C 的溫度范圍內(nèi)的 B 值為 3455。計(jì)算其在 25°C 和 100°C 時(shí)的電阻值。

給定數(shù)據(jù)：B = 3455，R1 = 10kΩ（25°C）。為了將溫度從攝氏度（°C）轉(zhuǎn)換為開(kāi)爾文（K），添加數(shù)學(xué)常數(shù) 273.15。

R1 的值已經(jīng)給出為 10kΩ 基極電阻，因此在 100°C 時(shí)的 R2 值計(jì)算如下：

熱敏電阻電阻計(jì)算 

得到以下兩點(diǎn)特性圖：

需要注意的是，在這個(gè)簡(jiǎn)單的示例中，僅計(jì)算了兩個(gè)點(diǎn)，但通常熱敏電阻的電阻會(huì)隨溫度呈指數(shù)變化，因此其特性曲線是非線性的。因此，計(jì)算更多的溫度點(diǎn)將使曲線更加準(zhǔn)確。

這些點(diǎn)可以如圖所示繪制，從而為具有 B 值為 3455 的 10kΩ NTC 熱敏電阻提供更準(zhǔn)確的特性曲線。

NTC 熱敏電阻特性曲線

請(qǐng)注意，它具有負(fù)溫度系數(shù)（NTC），即其電阻隨著溫度的升高而降低。

使用熱敏電阻測(cè)量溫度 

那么我們?nèi)绾问褂脽崦綦娮鑱?lái)測(cè)量溫度呢？到目前為止，我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到熱敏電阻是一種電阻器件，因此根據(jù)歐姆定律，如果我們通過(guò)它傳遞電流，它兩端會(huì)產(chǎn)生電壓降。由于熱敏電阻是一種被動(dòng)傳感器，即它需要激勵(lì)信號(hào)才能工作，因此由于溫度變化引起的電阻變化可以轉(zhuǎn)換為電壓變化。

最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法是使用熱敏電阻作為分壓電路的一部分，如圖所示。恒定電源電壓施加在電阻和熱敏電阻串聯(lián)電路上，輸出電壓從熱敏電阻兩端測(cè)量。

例如，如果我們使用 10kΩ 熱敏電阻和 10kΩ 的串聯(lián)電阻，則在 25°C 的基極溫度下，輸出電壓將為電源電壓的一半，因?yàn)?10Ω/(10Ω+10Ω) = 0.5。

當(dāng)熱敏電阻的電阻由于溫度變化而改變時(shí)，熱敏電阻兩端的電源電壓比例也會(huì)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生與輸出端子之間的總串聯(lián)電阻比例成正比的輸出電壓。

因此，分壓電路是一種簡(jiǎn)單的電阻-電壓轉(zhuǎn)換器，其中熱敏電阻的電阻由溫度控制，產(chǎn)生的輸出電壓與溫度成正比。因此，熱敏電阻越熱，輸出電壓越低。

如果我們交換串聯(lián)電阻 RS 和熱敏電阻 RTH 的位置，則輸出電壓將朝相反方向變化，即熱敏電阻越熱，輸出電壓越高。

熱敏電阻用于浪涌電流抑制 

我們已經(jīng)看到，熱敏電阻用作電阻溫度敏感傳感器，但熱敏電阻的電阻可以通過(guò)外部溫度變化或通過(guò)流經(jīng)它們的電流引起的溫度變化來(lái)改變，因?yàn)樗鼈儺吘故请娮杵骷?/p>

歐姆定律告訴我們，當(dāng)電流通過(guò)電阻 R 時(shí)，由于 I2R 的熱效應(yīng)，功率以熱的形式消耗。由于熱敏電阻中的電流自熱效應(yīng)，熱敏電阻可以隨著電流的變化改變其電阻。

感性電氣設(shè)備（如電機(jī)、變壓器、鎮(zhèn)流照明等）在首次開(kāi)啟時(shí)會(huì)遭受過(guò)大的浪涌電流。但串聯(lián)連接的熱敏電阻也可以有效地將任何高初始電流限制在安全值。通常使用具有低冷電阻值（25°C 時(shí)）的 NTC 熱敏電阻進(jìn)行此類電流調(diào)節(jié)。

浪涌電流限制熱敏電阻

浪涌電流抑制器和浪涌限制器是串聯(lián)連接的熱敏電阻，其電阻隨著通過(guò)它的負(fù)載電流加熱而降至非常低的值。在初始開(kāi)啟時(shí)，熱敏電阻的冷電阻值（其基極電阻）相當(dāng)高，控制負(fù)載的初始浪涌電流。

由于負(fù)載電流，熱敏電阻加熱并相對(duì)緩慢地降低其電阻，直到其兩端的功率足以維持其低電阻值，大部分施加的電壓在負(fù)載兩端產(chǎn)生。

由于其質(zhì)量的慣性，這種加熱效應(yīng)需要幾秒鐘，在此期間負(fù)載電流逐漸增加而不是瞬間增加，因此任何高浪涌電流都被限制，其消耗的功率相應(yīng)減少。由于這種熱作用，浪涌電流抑制熱敏電阻因此可以在其低電阻狀態(tài)下非常熱地運(yùn)行。因此，一旦電源被移除，需要冷卻或恢復(fù)期，以使 NTC 熱敏電阻的電阻充分恢復(fù)，以便下次使用。

限流熱敏電阻的響應(yīng)速度由其時(shí)間常數(shù)給出。即其電阻變化 63%（即 1 到 1/ε）所需的時(shí)間。例如，假設(shè)環(huán)境溫度從 0°C 變化到 100°C，則 63% 的時(shí)間常數(shù)將是熱敏電阻達(dá)到 63°C 電阻值所需的時(shí)間。

NTC 熱敏電阻提供了對(duì)不希望的高浪涌電流的保護(hù)，同時(shí)在連續(xù)運(yùn)行期間其電阻保持可忽略的低值，為負(fù)載供電。這里的優(yōu)勢(shì)是它們能夠有效地處理比標(biāo)準(zhǔn)固定限流電阻更高的浪涌電流，同時(shí)具有相同的功耗。

熱敏電阻總結(jié) 

在本教程中，我們已經(jīng)看到熱敏電阻是一種兩端電阻傳感器，可以根據(jù)周圍環(huán)境溫度的變化改變其電阻值，因此得名“熱敏電阻”。

熱敏電阻是由半導(dǎo)體金屬氧化物制成的廉價(jià)且易于獲得的溫度傳感器。它們具有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）或正溫度系數(shù)（PTC）。區(qū)別在于 NTC 熱敏電阻的電阻隨著溫度的升高而降低，而 PTC 熱敏電阻的電阻隨著溫度的升高而增加。

NTC 熱敏電阻是最常用的（尤其是 10kΩ NTC 熱敏電阻），并且與附加的串聯(lián)電阻 RS 一起可以用作簡(jiǎn)單分壓電路的一部分。因此，由于溫度變化引起的電阻變化會(huì)產(chǎn)生與溫度相關(guān)的輸出電壓。

然而，熱敏電阻的工作電流應(yīng)盡可能低，以減少任何自熱效應(yīng)。如果它們的工作電流過(guò)高，它們可能會(huì)比散熱更快地加熱，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。

熱敏電阻的特征在于其基極電阻以及其“B”值?；鶚O電阻（例如 10kΩ）是熱敏電阻在給定溫度（通常為 25°C）下的電阻，因此定義為：R25。B 值是一個(gè)固定的材料常數(shù)，描述了電阻隨溫度（R/T）變化的曲線斜率。

我們還看到，除了用于測(cè)量外部溫度外，熱敏電阻還可以用于控制電流，這是由于流經(jīng)它的電流引起的 I2R 熱效應(yīng)。通過(guò)將 NTC 熱敏電阻與負(fù)載串聯(lián)連接，可以有效地限制任何高浪涌電流。