Come valutare la qualità di un termistore? Come scegliere il termistore più adatto alle proprie esigenze?

Per valutare le prestazioni di un termistore e selezionare il prodotto più adatto, è necessario considerare attentamente sia i parametri tecnici che gli scenari applicativi. Ecco una guida dettagliata:

I. Come valutare la qualità di un termistore?

I parametri chiave delle prestazioni sono fondamentali per la valutazione:

1. Valore di resistenza nominale (R25):

• Definizione:Valore di resistenza a una temperatura di riferimento specifica (solitamente 25°C).
• Giudizio di qualità:Il valore nominale in sé non è intrinsecamente buono o cattivo; la chiave sta nel fatto che soddisfi i requisiti di progettazione del circuito applicativo (ad esempio, partitore di tensione, limitazione di corrente). La coerenza (la distribuzione dei valori di resistenza all'interno dello stesso lotto) è un indicatore cruciale della qualità di produzione: una minore dispersione è migliore.
• Nota:NTC e PTC hanno intervalli di resistenza molto diversi a 25°C (NTC: da ohm a megaohm, PTC: in genere da ohm a centinaia di ohm).

2. Valore B (valore beta):

• Definizione:Parametro che descrive la sensibilità della resistenza del termistore alla variazione della temperatura. Solitamente si riferisce al valore B tra due temperature specifiche (ad esempio, B25/50, B25/85).
• Formula di calcolo: B = (T1 * T2) / (T2 - T1) * ln(R1/R2)
• Giudizio di qualità:
  • NTC:Un valore B più elevato indica una maggiore sensibilità alla temperatura e una variazione di resistenza più accentuata con la temperatura. Valori B elevati offrono una maggiore risoluzione nella misurazione della temperatura, ma una minore linearità su ampi intervalli di temperatura. La coerenza (dispersione del valore B all'interno di un lotto) è fondamentale.
  • PTC:Il valore B (sebbene il coefficiente di temperatura α sia più comune) descrive la velocità di aumento della resistenza al di sotto del punto di Curie. Per le applicazioni di commutazione, la pendenza del salto di resistenza in prossimità del punto di Curie (valore α) è fondamentale.
  • Nota:Diversi produttori possono definire i valori B utilizzando coppie di temperature diverse (T1/T2); assicurarsi che il confronto sia coerente.

3. Precisione (tolleranza):

• Definizione:L'intervallo di deviazione ammissibile tra il valore effettivo e il valore nominale. Solitamente classificato come:
  • Precisione del valore di resistenza:Deviazione ammissibile della resistenza effettiva dalla resistenza nominale a 25°C (ad esempio, ±1%, ±3%, ±5%).
  • Precisione del valore B:Deviazione ammissibile del valore B effettivo dal valore B nominale (ad esempio, ±0,5%, ±1%, ±2%).
  • Giudizio di qualità:Una maggiore precisione indica prestazioni migliori, solitamente a un costo maggiore. Le applicazioni ad alta precisione (ad esempio, misurazione di temperatura di precisione, circuiti di compensazione) richiedono prodotti ad alta precisione (ad esempio, ±1% R25, ±0,5% valore B). Prodotti con precisione inferiore possono essere utilizzati in applicazioni meno impegnative (ad esempio, protezione da sovracorrenti, indicazione approssimativa della temperatura).

4. Coefficiente di temperatura (α):

• Definizione:La velocità relativa di variazione della resistenza con la temperatura (solitamente intorno alla temperatura di riferimento di 25 °C). Per le NTC, α = - (B / T²) (%/°C); per le PTC, c'è un piccolo α positivo al di sotto del punto di Curie, che aumenta drasticamente in prossimità di esso.
• Giudizio di qualità:Un valore elevato di |α| (negativo per NTC, positivo per PTC in prossimità del punto di commutazione) è vantaggioso nelle applicazioni che richiedono una risposta rapida o un'elevata sensibilità. Tuttavia, ciò comporta anche un intervallo operativo effettivo più ristretto e una linearità peggiore.

5. Costante di tempo termico (τ):

• Definizione:In condizioni di potenza zero, il tempo necessario affinché la temperatura del termistore cambi del 63,2% della differenza totale quando la temperatura ambiente subisce una variazione graduale.
• Giudizio di qualità:Una costante di tempo inferiore si traduce in una risposta più rapida alle variazioni di temperatura ambiente. Questo è fondamentale per le applicazioni che richiedono una misurazione o una reazione rapida della temperatura (ad esempio, protezione da sovratemperatura, rilevamento del flusso d'aria). La costante di tempo è influenzata dalle dimensioni del package, dalla capacità termica del materiale e dalla conduttività termica. I sensori NTC a perla piccola e non incapsulata rispondono più rapidamente.

6. Costante di dissipazione (δ):

• Definizione:Potenza necessaria per aumentare la temperatura del termistore di 1°C rispetto alla temperatura ambiente, a causa della sua stessa dissipazione di potenza (unità: mW/°C).
• Giudizio di qualità:Una costante di dissipazione più elevata comporta un minore effetto di autoriscaldamento (ovvero, un minore aumento di temperatura a parità di corrente). Questo è molto importante per una misurazione accurata della temperatura, poiché un basso autoriscaldamento si traduce in minori errori di misurazione. I termistori con basse costanti di dissipazione (dimensioni ridotte, package termicamente isolato) sono più soggetti a significativi errori di autoriscaldamento dovuti alla corrente di misurazione.

7. Potenza massima nominale (Pmax):

• Definizione:La potenza massima alla quale il termistore può funzionare stabilmente a lungo termine a una temperatura ambiente specificata senza danni o deriva permanente dei parametri.
• Giudizio di qualità:Deve soddisfare il requisito di dissipazione di potenza massima dell'applicazione con un margine sufficiente (solitamente declassato). I resistori con una maggiore capacità di gestione della potenza sono più affidabili.

8. Intervallo di temperatura di esercizio:

• Definizione:Intervallo di temperatura ambiente entro il quale il termistore può funzionare normalmente mentre i parametri rimangono entro i limiti di precisione specificati.
• Giudizio di qualità:Un intervallo più ampio significa maggiore applicabilità. Assicurarsi che le temperature ambiente più alte e più basse dell'applicazione rientrino in questo intervallo.

9. Stabilità e affidabilità:

• Definizione:Capacità di mantenere valori di resistenza e B stabili durante l'uso a lungo termine o dopo cicli di temperatura e conservazione ad alta/bassa temperatura.
• Giudizio di qualità:L'elevata stabilità è fondamentale per le applicazioni di precisione. Gli NTC incapsulati in vetro o trattati in modo speciale presentano generalmente una migliore stabilità a lungo termine rispetto a quelli incapsulati in resina epossidica. La durata di commutazione (numero di cicli di commutazione che possono sopportare senza guasti) è un indicatore chiave di affidabilità per i PTC.

II. Come scegliere il termistore più adatto alle tue esigenze?

Il processo di selezione prevede l'abbinamento dei parametri prestazionali ai requisiti dell'applicazione:

1. Identificare il tipo di applicazione:Questa è la base.

• Misurazione della temperatura: NTCè preferibile. Concentrarsi su precisione (valore R e B), stabilità, intervallo di temperatura operativa, effetto autoriscaldante (costante di dissipazione), velocità di risposta (costante di tempo), linearità (o se è necessaria una compensazione della linearizzazione) e tipo di package (sonda, SMD, incapsulato in vetro).
• Compensazione della temperatura: NTCè comunemente utilizzato (compensazione della deriva nei transistor, nei cristalli, ecc.). Assicurarsi che le caratteristiche di temperatura dell'NTC corrispondano alle caratteristiche di deriva del componente compensato e dare priorità alla stabilità e alla precisione.
• Limitazione della corrente di spunto: NTCè preferito. I parametri chiave sonoValore di resistenza nominale (determina l'effetto limitante iniziale), corrente/potenza massima in stato stazionario(determina la capacità di movimentazione durante il normale funzionamento),Massima corrente di picco sopportabile(valore I²t o corrente di picco per forme d'onda specifiche) eTempo di recupero(tempo di raffreddamento fino allo stato di bassa resistenza dopo lo spegnimento, che influisce sulle applicazioni di commutazione frequenti).
• Protezione da sovratemperatura/sovracorrente: PTC(fusibili ripristinabili) sono comunemente utilizzati.
  • Protezione da sovratemperatura:Scegliere un PTC con un punto di Curie leggermente superiore al limite superiore della normale temperatura di esercizio. Concentrarsi sulla temperatura di intervento, sul tempo di intervento, sulla temperatura di ripristino e sulla tensione/corrente nominale.
  • Protezione da sovracorrente:Scegliere un PTC con una corrente di mantenimento leggermente superiore alla normale corrente di funzionamento del circuito e una corrente di intervento inferiore al livello che potrebbe causare danni. I parametri chiave includono corrente di mantenimento, corrente di intervento, tensione massima, corrente massima, tempo di intervento e resistenza.
  • Rilevamento del livello/flusso del liquido: NTCè comunemente utilizzato, sfruttando il suo effetto autoriscaldante. I parametri chiave sono la costante di dissipazione, la costante di tempo termica (velocità di risposta), la capacità di gestione della potenza e il package (deve resistere alla corrosione del mezzo).

2. Determinare i requisiti dei parametri chiave:Quantificare le esigenze in base allo scenario applicativo.

• Campo di misura:Temperature minime e massime da misurare.
• Requisiti di accuratezza della misurazione:Qual è l'intervallo di errore di temperatura accettabile? Questo determina la resistenza richiesta e il grado di precisione del valore B.
• Requisito di velocità di risposta:Quanto velocemente deve essere rilevata una variazione di temperatura? Questo determina la costante di tempo richiesta, influenzando la scelta del pacchetto.
• Interfaccia del circuito:Ruolo del termistore nel circuito (partitore di tensione? Limitatore di corrente in serie?). Questo determina l'intervallo di resistenza nominale richiesto e la corrente/tensione di pilotaggio, influenzando il calcolo dell'errore di autoriscaldamento.
• Condizioni ambientali:Umidità, corrosione chimica, stress meccanico, necessità di isolamento? Tutto ciò influenza direttamente la scelta del package (ad esempio, epossidico, vetro, guaina in acciaio inossidabile, rivestimento in silicone, SMD).
• Limiti di consumo energetico:Quanta corrente di pilotaggio può fornire il circuito? Qual è l'aumento di temperatura per autoriscaldamento consentito? Questo determina la costante di dissipazione accettabile e il livello di corrente di pilotaggio.
• Requisiti di affidabilità:Hai bisogno di elevata stabilità a lungo termine? Devi resistere a frequenti commutazioni? Hai bisogno di capacità di resistenza ad alta tensione/corrente?
• Limiti di dimensione:Spazio per PCB? Spazio di montaggio?

3. Scegli NTC o PTC:Solitamente la determinazione avviene in base al passaggio 1 (tipo di applicazione).

4. Modelli specifici del filtro:

• Consultare le schede tecniche del produttore:Questo è il metodo più diretto ed efficace. Tra i principali produttori figurano Vishay, TDK (EPCOS), Murata, Semitec, Littelfuse, TR Ceramic, ecc.
• Parametri di corrispondenza:Sulla base dei requisiti chiave identificati nel passaggio 2, cercare nelle schede tecniche i modelli che soddisfano i criteri di resistenza nominale, valore B, grado di precisione, intervallo di temperatura di esercizio, dimensioni del package, costante di dissipazione, costante di tempo, potenza massima, ecc.
• Tipo di pacchetto:
  • Dispositivo a montaggio superficiale (SMD):Dimensioni ridotte, adatte per SMT ad alta densità, basso costo. Velocità di risposta media, costante di dissipazione media, bassa potenza gestibile. Dimensioni comuni: 0201, 0402, 0603, 0805, ecc.
  • Incapsulato in vetro:Risposta molto rapida (costante di tempo ridotta), buona stabilità, resistenza alle alte temperature. Piccolo ma fragile. Spesso utilizzato come nucleo nelle sonde di temperatura di precisione.
  • Rivestimento epossidico:Basso costo, discreta protezione. Velocità di risposta, stabilità e resistenza alla temperatura nella media.
  • Assiale/Radiale con piombo:Gestione della potenza relativamente più elevata, facile da saldare a mano o da montare tramite fori passanti.
  • Sonda rivestita in metallo/plastica:Facile da montare e fissare, offre isolamento, impermeabilità, resistenza alla corrosione e protezione meccanica. Velocità di risposta più lenta (dipende dall'alloggiamento/riempimento). Adatto per applicazioni industriali e di elettrodomestici che richiedono un montaggio affidabile.
  • Tipo di alimentazione a montaggio superficiale:Progettato per limitare l'inrush ad alta potenza, dimensioni maggiori, elevata gestione della potenza.

5. Considerare costi e disponibilità:Scegliete un modello conveniente, con una fornitura stabile e tempi di consegna accettabili, che soddisfi i requisiti prestazionali. I modelli ad alta precisione, con pacchetti speciali e tempi di risposta rapidi sono solitamente più costosi.

6. Eseguire la convalida del test se necessario:Per applicazioni critiche, in particolare quelle che richiedono precisione, velocità di risposta o affidabilità, testare i campioni in condizioni operative reali o simulate.

Riepilogo dei passaggi di selezione

1. Definire le esigenze:Qual è l'applicazione? Misura cosa? Protegge cosa? Compensa cosa?
2. Determina il tipo:NTC (Misura/Compensa/Limita) o PTC (Protezione)?
3. Quantificare i parametri:Intervallo di temperatura? Precisione? Velocità di risposta? Potenza? Dimensioni? Ambiente?
4. Controllare le schede tecniche:Filtrare i modelli candidati in base alle esigenze, confrontare le tabelle dei parametri.
5. Pacchetto di revisione:Selezionare il pacchetto adatto in base all'ambiente, al montaggio, alla risposta.
6. Confronta i costi:Scegli un modello economico che soddisfi le tue esigenze.
7. Convalida:Testare le prestazioni dei campioni in condizioni reali o simulate per applicazioni critiche.

Analizzando sistematicamente i parametri prestazionali e combinandoli con i requisiti specifici dell'applicazione, è possibile valutare efficacemente la qualità del termistore e selezionare quello più adatto al proprio progetto. È importante ricordare che non esiste un termistore "migliore", ma solo il termistore "più adatto" per una particolare applicazione. Durante il processo di selezione, le schede tecniche dettagliate rappresentano il riferimento più affidabile.