I termistori PTC (Coefficiente di Temperatura Positivo) rappresentano una classe unica di componenti elettronici che sfidano la comprensione convenzionale della resistenza. A differenza dei resistori standard, questi dispositivi mostrano una resistenza crescente all'aumentare della temperatura, rendendoli preziosi in numerose applicazioni. Questa guida completa esplora i principi, le caratteristiche, le classificazioni, le applicazioni e i criteri di selezione per i termistori PTC.

I termistori PTC sono resistori che dimostrano un aumento significativo della resistenza con l'aumento della temperatura. La loro relazione non lineare resistenza-temperatura, in particolare il cambiamento brusco vicino a una specifica soglia di temperatura, li rende ideali per la protezione da sovracorrente e le applicazioni di controllo della temperatura.

Secondo gli standard della Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC), i termistori PTC sono definiti come resistori sensibili alla temperatura la cui resistenza aumenta sostanzialmente con l'aumento della temperatura. Questa caratteristica fondamentale costituisce la base della loro utilità pratica.

I termistori PTC sono classificati in base alla composizione del materiale e ai processi di fabbricazione:

• Termistori al silicio (Silistor): Utilizzano materiale semiconduttore al silicio drogato con caratteristiche resistenza-temperatura quasi lineari, principalmente per il rilevamento della temperatura.
• Termistori PTC di tipo switching: Impiegano materiali ceramici policristallini con curve resistenza-temperatura altamente non lineari, caratterizzate da drammatici aumenti di resistenza vicino alla temperatura di Curie. Ampiamente utilizzati in elementi riscaldanti e protezione da sovracorrente.
• Termistori PTC polimerici (PPTC): Composti da matrici polimeriche con particelle conduttive, che offrono funzionalità di protezione da sovracorrente ripristinabile, comunemente implementate come fusibili a ripristino automatico.

La comprensione di queste specifiche critiche garantisce la corretta selezione e applicazione dei componenti:

Questa curva illustra la relazione tra resistenza e temperatura. I silistor dimostrano curve quasi lineari, mentre i PTC di tipo switching mostrano transizioni a gradini vicino alla loro temperatura di Curie.

La temperatura alla quale i termistori PTC di tipo switching iniziano il loro rapido aumento di resistenza, tipicamente definita come il punto in cui la resistenza raddoppia rispetto al suo valore minimo. Questo parametro determina gli intervalli di temperatura operativa.

Il punto di resistenza più basso sulla curva R-T, che segna la transizione in cui il coefficiente di temperatura passa da negativo a positivo.

Il valore di resistenza misurato a una temperatura ambiente di 25°C, che funge da specifica nominale. Le misurazioni dovrebbero utilizzare una corrente minima per prevenire effetti di auto-riscaldamento.

Quantifica la capacità di dissipazione del calore, definita come la potenza necessaria per aumentare la temperatura del termistore di 1°C. Influenzata dai materiali dei conduttori, dai metodi di montaggio, dalle condizioni ambientali e dalle dimensioni fisiche.

La corrente continua più alta che il termistore può sopportare in condizioni specificate, determinata dalla costante di dissipazione e dalle caratteristiche R-T.

La tensione massima sostenibile in condizioni definite, dipendente in modo simile dalle proprietà di dissipazione e dalle caratteristiche di resistenza.

Utilizza l'effetto di auto-riscaldamento del termistore in cui il flusso di corrente genera calore, aumentando la temperatura fino a quando la resistenza aumenta drasticamente vicino al punto di Curie, limitando così l'ulteriore aumento di corrente. Questo principio consente riscaldatori autoregolanti e circuiti di ritardo.

Funziona con un auto-riscaldamento trascurabile, consentendo al termistore di funzionare come un sensore di temperatura misurando le variazioni di resistenza rispetto alla sua curva R-T. Richiede un controllo preciso della corrente e strumenti di misurazione ad alta precisione.

Fabbricati da wafer di silicio drogato con risposte resistenza-temperatura lineari. Pur offrendo un'eccellente stabilità e linearità, i loro coefficienti di temperatura relativamente piccoli e i bassi valori di resistenza limitano il loro utilizzo in applicazioni che richiedono sostanziali variazioni di resistenza.

Prodotti da ceramiche policristalline contenenti carbonato di bario, biossido di titanio e additivi come tantalio o manganese. Il controllo preciso della composizione del materiale durante la produzione è fondamentale, poiché le impurità minori influiscono in modo significativo sulle prestazioni.

Costruiti da matrici polimeriche incorporate con particelle conduttive (tipicamente nero di carbonio). A basse temperature, le particelle formano percorsi conduttivi, mentre l'espansione termica aumenta la separazione delle particelle e la resistenza a temperature elevate. La loro natura ripristinabile li rende ideali per applicazioni di fusibili a ripristino automatico.

I PTC di tipo switching mantengono automaticamente le temperature vicino al loro punto di Curie, diminuendo la corrente quando la temperatura aumenta e aumentandola quando la temperatura diminuisce. Questa proprietà consente soluzioni di riscaldamento a risparmio energetico per sistemi ad aria e liquidi.

Servono come fusibili ripristinabili in cui una corrente eccessiva aumenta la temperatura e la resistenza, limitando il flusso di corrente. Dopo la rimozione del guasto, il raffreddamento ripristina il normale funzionamento. Le varianti PTC polimeriche sono particolarmente adatte a questa funzione.

L'inerzia termica crea periodi di ritardo utili in applicazioni come gli starter per lampade fluorescenti, dove i PTC preriscaldano i filamenti prima di consentire l'applicazione della piena tensione.

Quando collegati in serie con gli avvolgimenti di avviamento del motore, la bassa resistenza iniziale consente il flusso di corrente durante l'avviamento, mentre il successivo riscaldamento aumenta la resistenza per disattivare il circuito di avviamento.

Le variazioni della costante di dissipazione quando immersi nei liquidi alterano le temperature operative, consentendo il rilevamento della presenza di liquidi tramite il monitoraggio della resistenza.

Identificare la funzione principale (protezione, controllo, rilevamento) per determinare il tipo e le specifiche del termistore appropriati.

Le specifiche chiave devono essere allineate alle esigenze operative:

• Temperatura di Curie leggermente superiore all'intervallo operativo normale
• Resistenza nominale compatibile con i requisiti del circuito
• Valori nominali di corrente e tensione superiori alle normali condizioni operative

Tenere conto delle temperature estreme, dell'umidità, delle vibrazioni e di altri fattori ambientali che possono influire sulle prestazioni.

Consultare le schede tecniche del produttore per curve R-T dettagliate, costanti termiche e linee guida per l'applicazione per garantire una corretta implementazione.

I termistori PTC offrono soluzioni uniche per il controllo della temperatura, la protezione dei circuiti e le applicazioni di temporizzazione attraverso il loro distintivo comportamento a coefficiente di temperatura positivo. Una corretta comprensione dei loro principi operativi e delle loro caratteristiche consente un'implementazione efficace in diversi sistemi elettronici. I continui progressi tecnologici promettono applicazioni ampliate per questi componenti versatili.