Um termistor PTC é um semicondutor resistor termicamente sensitivo. Cujo valor de resistência aumenta com o incremento da temperatura após uma temperatura definida (temperatura de referência) ter sido excedida.
O coeficiente de temperatura positivo muito alto (PTC) deu ao termistor PTC este nome. Os padrões aplicáveis são CECC 44000, EN 144000, IEC 738-1 e DIN 44080.
Termistores PTC são feitos de cerâmica policristalina dopada sobre uma base titanato de bário. Geralmente, cerâmica é conhecida como um bom material isolante com uma alta resistência. Semi condução e desta forma uma baixa resistência, são alcançadas pela dopagem da cerâmica com materiais de alta valência como da estrutura do cristal. Uma parte dos íons do bário e do titanato em uma estrutura cristalina é substituída por íons de alta valência para obter um número específico de elétrons livres os quais determinam a condutividade cerâmica.
A estrutura material é composta de muitos cristais individuais, ou monocristalites (Figura 1) os quais são responsáveis pelo efeito do termistor PTC, isto é, o abrupto ascender na resistência. À margem destes monocristalites, são formadas barreiras de potencial. Elas evitam que elétrons livres se difundam para as áreas adjacentes. Resultando desta forma uma alta resistência. No entanto, este efeito é neutralizado nas baixas temperaturas. Constantes dielétricas altas e polarização súbita nos grãos de bordas previnem a formação de barreiras de potencial nas baixas temperaturas, habilitando um fluxo perfeito de elétrons livres.
Figura 1 – Representação esquemática de uma estrutura policristalina de um termistor PTC.
A resistência RPTC é composta da resistência dos cristais individuais e da resistência dos grãos de borda. A resistência dos grãos de borda é fortemente dependente da temperatura.
A figura 2 mostra a típica dependência da resistência em função temperatura, RPTC = f (TPTC). Por causa do repentino aumento da resistência (o valor da resistência é incrementado por diferentes potências de dez), o valor da resistência está plotado em uma escala logarítmica (regular), enquanto que uma escala linear é usada para a temperatura (abscissa).
Figura 2 – Característica de temperatura x resistência típica
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e [mm] |
Imax [A] |
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B404, B406 |
12,5 ± 1 |
17 |
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Temperatura de referência |
TRef |
60 oC |
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Temperatura de operação (V=0) (V= Vmax) |
Top 0 / 40 |
-25 / +125 oC 0 / 40 oC |
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Tipo |
Ir (V= Vmax) mA |
RN
W |
D RN
% |
RNmin
W |
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Vmax=550V, |
VN=500V |
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|
B404 |
1,0 |
3500 |
± 16 |
2880 |
|
Vmax=500V, |
VN=500V |
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|
B406 |
1,0 |
5500 |
± 28 |
3800 |
Onde : RN Resistência de classificação do PTC ( valor de resistência em TN @ 25 oC )
Rmín Resistência mínima ( valor de resistência em TRmín )
TRmín Temperatura em Rmín ( a tornou-se positivo )
RRef Resistência de Referência ( valor da resistência em TRef )
TRef Temperatura de referência ( após a resistência cresce rapidamente )
RPTC Resistência na região abismo
TPTC Temperatura para a qual RPTC está garantida
Ir Corrente residual quando aplicada Vmax
Vmax Tensão máxima que pode ser aplicada ao PTC
VN Tensão à temperatura ambiente
a
Coeficiente de temperatura
O preço de um termistor similar a este foi encontrado na Separ, onde o preço varia de dois a três reais dependendendo do valor de RN, valor pelo qual os comerciantes se baseiam para a venda.
O termistor PTC B5940* pode ser classificado da seguinte maneira:
a) Pela função
Aplicações onde a resistência elétrica é primariamente determinada
pela corrente que está passando através do termistor.
b) Pela aplicação
Termistor PTC de potência fusível: Curto-circuito e proteção de sobrecarga
Termistores cerâmicos PTC são usados no lugar dos convencionais fusíveis com o intuito de proteger cargas como motores, transformadores ou circuitos eletrônicos contra sobrecarga. Eles não somente respondem a altas correntes inadmissíveis, mas também se a temperatura limite for excedida. Termistores fusível limitam a dissipação de potência em toda a extensão do circuito, aumentando sua resistência e desta forma reduzindo a corrente para um valor de corrente inofensivo ao circuito como um todo. Em contraste com o fusível convencional, eles não são substituídos após eliminarem uma falha, mas eles se limitam à função de proteger imediatamente em um curto espaço de tempo.
Em oposição aos termistores PTC feitos de materiais plásticos, termistores PTC cerâmicos sempre retornam ao seu valor inicial de resistência, da mesma forma depois de freqüentes ciclos de aquecimento e resfriamento.
Figura 3 – Termistor PTC fusível conectado em série com a carga
A impedância medida em tensão AC decresce com o incremento da freqüência. Na temperatura de 200 oC na freqüência de 100 kHz a resistência RPTC do termistor é 300 W e quando sujeito à mesma temperatura e submetido à freqüência de 0 Hz a resistência RPTC do termistor vai acima de 105 W . Portanto, o uso do termistor PTC em AF e RF não é possível, restringindo o uso em DC.
O termistor PTC pode ser usado com bastante versatilidade na proteção de circuitos, levando vantagem devido a facilidade de implantação e ao preço bastante acessível, tendo pouca diferença de um fusível convencional. Visto que o mesmo tem a durabilidade de 100 ciclos, ou seja pode aquecer e resfriar 100 vezes até a temperatura máxima.
- PTC Thermistors – Data Book, Siemens Matsushita Components. Alemanha, 1996
- Silicon Temperature and Pressure Sensors - Data Book, Siemens. Alemanha, 1994/95
Tipo