サーミスタの特性とは？ - ブログ

サーミスタは、温度によって抵抗が大きく変化する抵抗器の一種です。電子部品のサプライヤーとして、サーミスタの特性によってさまざまな電子回路での用途が決まるため、サーミスタの特性に興味を持っているお客様によく遭遇します。このブログでは、サーミスタの主要な特性を詳しく掘り下げ、実際の使用におけるその意味について説明します。

1. 温度と抵抗の関係

サーミスタの最も基本的な特性は、温度と抵抗の関係です。この関係に基づくサーミスタには、負の温度係数 (NTC) サーミスタと正の温度係数 (PTC) サーミスタの 2 つの主なタイプがあります。

NTCサーミスタ

NTC サーミスタは最も一般的に使用されるタイプです。温度が上昇すると抵抗は減少します。これは、NTC サーミスタでは、温度が上昇すると、熱励起によってより多くの電荷キャリア (電子または正孔) が伝導帯に放出されるためです。 NTC サーミスタの抵抗 ($R_T$) と温度 ($T$) の間の数学的関係は、スタインハート - ハート方程式で近似できます。

$\frac{1}{T}=A + B\ln(R_T)+C(\ln(R_T))^3$

ここで、$A$、$B$、および $C$ はスタインハート - ハート係数であり、各サーミスタに固有であり、校正によって決定されます。

NTC サーミスタは、温度検知アプリケーションで広く使用されています。たとえば、温度制御されたファンシステムでは、NTC サーミスタが周囲温度を感知します。温度が上昇すると、NTC サーミスタの抵抗が減少し、分圧回路の両端の電圧が変化します。この電圧変化はファンの速度を制御するために使用されます。

PTCサーミスタ

一方、PTC サーミスタは、温度の上昇とともに抵抗が増加します。 PTC サーミスタには、シリコン PTC サーミスタとセラミック PTC サーミスタの 2 つのサブタイプがあります。

シリコン PTC サーミスタは、温度が特定の範囲を超えると抵抗が線形に増加します。これらは、高精度の温度測定および補償アプリケーションでよく使用されます。

スイッチング PTC サーミスタとしても知られるセラミック PTC サーミスタは、キュリー温度と呼ばれる特定の温度で抵抗が急激に増加します。キュリー温度以下では、セラミック PTC サーミスタの抵抗は比較的低くなります。温度がキュリー温度を超えると、抵抗は数桁増加します。この特性により、セラミック PTC サーミスタは過電流保護に適しています。たとえば、バッテリ充電器では、セラミック PTC サーミスタをバッテリと直列に接続できます。電流が安全レベルを超えると、PTC サーミスタの温度が上昇し、その抵抗が大幅に増加して、電流の流れが制限され、バッテリが過充電から保護されます。

2. 感度

サーミスタの感度は、温度の単位変化あたりの抵抗の変化を指します。これは、サーミスタが温度変化をどの程度正確に測定できるかを決定する重要な特性です。

NTC サーミスタの場合、通常、温度が低いほど感度が高くなります。感度 ($\alpha$) は、摂氏温度の変化あたりの抵抗の変化率として定義されます。

$\alpha=\frac{1}{R}\frac{dR}{dT}$

感度が高いということは、小さな温度変化でも抵抗値が大きく変化するため、温度変化を検出しやすくなります。ただし、高感度サーミスタはノイズや不安定性がより発生しやすい場合もあります。

3. 精度

精度もサーミスタの重要な特性です。これは、測定された抵抗が実際の温度にどの程度一致しているかを指します。サーミスタの精度は、製造プロセス、校正、環境条件などのいくつかの要因の影響を受けます。

製造プロセス中に、材料の組成や構造が変化すると、サーミスタの温度 - 抵抗特性に違いが生じる可能性があります。したがって、正確な温度測定を保証するには適切な校正が必要です。校正には、いくつかの既知の温度でサーミスタの抵抗を測定し、これらのデータポイントを使用してスタインハート - ハート係数を決定することが含まれます。

CD60 Starter Capacitor CBB65 AC Motor Capacitor

湿度、圧力、機械的ストレスなどの環境要因もサーミスタの精度に影響を与える可能性があります。たとえば、湿度が高いとサーミスタ材料に吸湿が発生し、その電気的特性が変化する可能性があります。

4. 応答時間

サーミスタの応答時間は、サーミスタが温度の段階的な変化を受けたときに、最終抵抗値の指定された割合 (通常は 63.2%) に達するまでにかかる時間です。これは、熱保護回路など、急激な温度変化を検出する必要があるアプリケーションでは重要な特性です。

サーミスタの応答時間は、サーミスタの物理的なサイズ、形状、周囲の媒体の熱伝導率によって異なります。一般に、小型のサーミスタは熱質量が小さいため、応答時間が短くなります。たとえば、表面実装サーミスタは通常、大型のスルーホールサーミスタと比較して応答時間が速くなります。

5.自己加熱

サーミスタに電流が流れると、式 $P = I^2R$ に従って電力が熱の形で放散されます。ここで、$I$ は電流、$R$ はサーミスタの抵抗です。この自己発熱により、サーミスタの温度が周囲温度よりも上昇し、温度測定に誤差が生じる可能性があります。

自己発熱効果は散逸定数 ($\delta$) によって特徴付けられ、サーミスタの温度を周囲温度より 1°C 上昇させるのに必要な電力として定義されます。自己発熱効果を最小限に抑えるには、サーミスタを流れる電流を可能な限り低く保つ必要があります。一部のアプリケーションでは、サーミスタに安定した低電流を流すために定電流源が使用されます。

アプリケーションと当社の製品

サーミスタは、温度の測定と制御、過電流保護、突入電流制限などの幅広い用途に使用されています。電子部品サプライヤーとして、優れた特性を備えた高品質なサーミスタを提供します。サーミスタ以外にも、以下のようなさまざまな電子部品を提供しています。CBB65 ACモーターコンデンサ、CD60 スターターコンデンサ、そしてCBB61 ACモーター始動コンデンサ。

当社のサーミスタやその他の電子部品にご興味がございましたら、調達およびさらなるご相談を歓迎いたします。当社には、お客様のアプリケーションに最適なコンポーネントの選択を支援するための詳細な製品情報と技術サポートを提供できる専門チームがいます。