مقاومت PTC چیست؟ نحوه کار و کاربرد های آن

بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی برای عملکرد صحیح و جلوگیری از خرابی، به کنترل دقیق دما نیاز دارند. شاید برایتان سوال شده باشد که دقیقا مقاومت PTC چیست و چرا تا این حد در صنعت اهمیت دارد؟ به زبان ساده، این قطعه نوعی مقاومت متغیر است که رفتاری جالب از خود نشان می‌دهد؛ هرچه گرم‌تر شود، مقاومت الکتریکی آن هم بیشتر می‌شود. این ویژگی خاص باعث شده تا مهندسان از آن به عنوان یک فیوز خودکار یا سنسور دما بهره ببرند. اگر به دنبال شناخت عمیق این قطعه، از ساختار داخلی گرفته تا نحوه محافظت از مدار هستید، جای درستی آمده‌اید.

ترمیستور یا مقاومت PTC چیست؟

برای درک اینکه مقاومت PTC چیست، ابتدا باید با ریشه لغوی و مفهوم پایه آن آشنا شویم. واژه ترمیستور (Thermistor) از ترکیب دو کلمه انگلیسی “Thermal” به معنای دمایی و “Resistor” به معنای مقاومت ساخته شده است. همین نام‌گذاری ساده به خوبی نشان می‌دهد که ما با قطعه‌ای سر و کار داریم که هویتش با دما گره خورده است. برخلاف مقاومت‌های معمولی که در مدارهای ساده می‌بینید و مقدار ثابتی دارند، ترمیستورها به شدت به تغییرات دما واکنش نشان می‌دهند.

اما داستان PTC کمی متفاوت است. عبارت PTC مخفف “Positive Temperature Coefficient” است. این عبارت به معنای “ضریب حرارتی مثبت” است. حالا این یعنی چه؟ یعنی یک رابطه مستقیم و دوستانه بین دما و مقاومت برقرار است. وقتی دمای محیط یا خود قطعه بالا می‌رود، مقاومت الکتریکی آن هم افزایش می‌یابد. همینطور اگر دما پایین بیاید، مقاومت کاهش پیدا می‌کند. این رفتار دقیقا برعکس ترمیستورهای NTC است که رابطه معکوس دارند.

شما باید بدانید که بازه دمایی عملکرد این قطعات معمولا گسترده است. بسته به جنس و کیفیت ساخت، ترمیستور PTC چیست و تا چه دمایی کار می‌کند؟ معمولا این قطعات می‌توانند در بازه‌ای بین منفی ۱۰۰ تا مثبت ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد فعالیت کنند. البته این اعداد وحی منزل نیست و به جنس پراب‌ها بستگی دارد. در صنعت الکترونیک، شناخت این رفتار خطی و مستقیم بسیار مهم است. چون دقیقا همین ویژگی است که به ما اجازه می‌دهد جریان را کنترل کنیم یا دما را با دقت بالا بسنجیم.

در واقع وقتی از خودمان می‌پرسیم مقاومت PTC چیست، باید به یاد داشته باشیم که این قطعه یک ابزار هوشمند فیزیکی است (بدون نیاز به پردازنده) که با تغییرات فیزیکی مواد داخلی‌اش، جریان برق را مدیریت می‌کند.

برای خرید و اطلاع از قیمت مقاومت کلیک کنید.

کاربرد مقاومت PTC

حالا که فهمیدیم ماهیت فنی قطعه چیست، باید ببینیم در عمل چه کاره است. کاربرد مقاومت PTC در صنعت الکترونیک بسیار گسترده است، اما بیشترین استفاده آن به ایمنی و حفاظت باز می‌گردد. تصور کنید جریانی بیش از حد مجاز وارد مدار شود؛ اگر مانعی وجود نداشته باشد، قطعات حساس می‌سوزند. در اینجا PTC مانند یک نگهبان وارد عمل می‌شود.

مهم‌ترین وظیفه مقاومت PTC، حفاظت از مدار در شرایط اضافه جریان است. این عملکرد شباهت بسیار زیادی به فیوزها دارد، اما با یک تفاوت عالی: فیوزها می‌سوزند و باید تعویض شوند، اما PTC ها “ریست شونده” هستند. یعنی وقتی دما بالا رفت و مدار قطع شد، پس از خنک شدن دوباره وصل می‌شوند و نیازی به تعویض قطعه نیست.

علاوه بر حفاظت، موارد زیر از دیگر کاربردهای رایج هستند:

• تجهیزات گرمایشی خود تنظیم شونده: به دلیل اینکه با افزایش دما مقاومت زیاد می‌شود و جریان کم می‌شود، دما روی یک حد خاص ثابت می‌ماند.
• سنسور دما: در بازه‌هایی که رفتار قطعه خطی است، می‌توان از آن برای اندازه‌گیری دما استفاده کرد.
• راه‌انداز موتورها: در لحظه استارت موتورهای الکتریکی که نیاز به جریان اولیه خاصی دارند.

همچنین جهت خرید پتانسیومتر کلیک کنید.

ساختار مقاومت PTC

شاید کنجکاو باشید که داخل این قطعه چه خبر است و از چه موادی ساخته شده که چنین رفتار جالبی دارد. وقتی بررسی می‌کنیم که جنس مقاومت PTC چیست، به گروهی از مواد خاص می‌رسیم. مواد سازنده ترمیستورها معمولا از فلزات اکسید شده تشکیل شده‌اند.

در ساخت ترمیستورهای PTC، مهندسان مواد از فلزات خاصی استفاده می‌کنند تا به ضریب حرارتی مثبت برسند. مهم‌ترین فلزاتی که در ساختار این قطعات به کار می‌روند عبارتند از:

• پلاتین
• نیکل
• مس
• تنگستن

تفاوت در انتخاب این مواد باعث می‌شود که انواع مختلفی از ترمیستورها با ویژگی‌های متفاوت تولید شوند. برای مثال، پلاتین پایداری بسیار بالایی دارد و در دماهای بالا مقاوم است، در حالی که مس ممکن است در بازه‌های دمایی متفاوتی استفاده شود. استاندارد IEC 60751 یکی از استانداردهای مهمی است که در ساخت نمونه‌های مربوط به PTC استفاده می‌شود و کیفیت ساختار را تضمین می‌کند.

ساختار فیزیکی این مقاومت‌ها نیز متنوع است. آن‌ها ممکن است به صورت دیسکی، مهره‌ای، میله‌ای یا حتی تراشه‌های با پوشش شیشه ساخته شوند. انتخاب این شکل ظاهری به محل نصب و نوع کاربرد بستگی دارد. مثلا برای نصب روی برد موبایل، از مدل‌های بسیار کوچک نصب سطحی (SMD) استفاده می‌شود، اما در موتورهای صنعتی ممکن است از مدل‌های دیسکی بزرگتر استفاده کنند. نکته مهم این است که تمام این ساختارها بر پایه همان اصل “اکسید فلزی” بنا شده‌اند.

 

نحوه عملکرد ترمیستور PTC

مکانیزم عمل این قطعه بسیار ساده و در عین حال کارآمد است. بیایید دقیق‌تر شویم که نحوه کار مقاومت PTC چیست. همه چیز به رابطه جریان و گرما برمی‌گردد. وقتی جریان الکتریکی از هر قطعه‌ای عبور می‌کند، مقداری گرما تولید می‌شود. در حالت عادی، این گرما کم است و PTC مقاومت پایینی دارد و اجازه می‌دهد جریان به راحتی عبور کند.

اما وقتی یک خطایی در مدار رخ دهد و جریان بیش از حد مجاز شود (اضافه جریان)، داستان تغییر می‌کند:

۱. جریان زیاد باعث تولید گرمای داخلی در قطعه می‌شود.

۲. دمای قطعه به سرعت بالا می‌رود.

۳. طبق قانون PTC (ضریب مثبت)، با افزایش دما، مقاومت قطعه به شدت و ناگهانی افزایش می‌یابد.

۴. این مقاومت بالا مانند یک سد عمل کرده و مسیر جریان را مسدود یا بسیار محدود می‌کند.

۵. در نتیجه، مدار قطع می‌شود و قطعات دیگر از سوختن نجات پیدا می‌کنند.

این فرآیند دقیقا مشابه عملکرد فیوز است، با این تفاوت که قطعه نمی‌سوزد. مادامی که جریان غیرمجاز وجود دارد یا دما بالاست، مقاومت بالا باقی می‌ماند. به محض اینکه جریان قطع شود و قطعه خنک شود، مقاومت دوباره پایین می‌آید و مدار به حالت عادی برمی‌گردد.

در بحث سنسور دما نیز، نحوه عملکرد بر اساس خواندن مقدار اهم است. یک مدار کنترلی، دائما مقاومت PTC را اندازه می‌گیرد. از آنجا که می‌دانیم هر مقدار مقاومت معادل چه دمایی است (بر اساس نمودار مشخصه)، می‌توانیم دمای دقیق محیط را محاسبه کنیم. این رفتار خطی تا دمای ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد، کار مهندسان را برای طراحی مدارهای کنترلی بسیار راحت کرده است.

همچنین بخوانید: مقاومت NTC چیست؟

انواع مقاومت PTC

وقتی صحبت از دسته‌بندی می‌شود، باید بدانیم که معیارهای مختلفی برای تقسیم‌بندی وجود دارد. اما اگر بخواهیم بر اساس جنس مواد سازنده که در بخش ساختار گفتیم عمل کنیم، انواع ترمیستور و به ویژه نوع PTC را می‌توانیم بر اساس فلز پایه دسته‌بندی کنیم. شناخت اینکه نوع مناسب برای کار ما در میان مدل‌های مقاومت PTC چیست، بسیار مهم است.

دو نوع از پرکاربردترین دسته‌های PTC در صنعت عبارتند از:

• ترمیستورهای پلاتینی: این نوع از PTC ها دقت بسیار بالایی دارند و پایداری آن‌ها در درازمدت عالی است. معمولا در کاربردهایی که نیاز به اندازه‌گیری دقیق دما داریم، پلاتین گزینه اول است.
• ترمیستورهای نیکلی: این مدل‌ها نسبت به پلاتین ارزان‌تر هستند و در کاربردهای عمومی‌تر استفاده می‌شوند. حساسیت خوبی دارند اما ممکن است در دماهای خیلی بالا محدودیت‌هایی داشته باشند.

علاوه بر جنس، می‌توان آن‌ها را بر اساس نحوه تغییر مقاومت نیز بررسی کرد. برخی از PTC ها تغییر مقاومت ملایم و خطی دارند (مناسب برای دماسنجی) و برخی دیگر در یک دمای خاص (دمای کوری یا سوییچینگ) ناگهان تغییر مقاومت شدیدی می‌دهند (مناسب برای حفاظت مدار).

مزایای استفاده از ترمیستور PTC

استفاده از هر قطعه‌ای باید توجیه فنی و اقتصادی داشته باشد. پس مزیت اصلی مقاومت PTC چیست که باعث شده جایگزین بسیاری از سنسورهای قدیمی شود؟ اولین و شاید مهم‌ترین مزیت، پاسخ‌دهی خوب و رفتار خطی آن تا دماهای نسبتا بالا (حدود ۳۵۰ درجه) است. این یعنی ما می‌توانیم با اطمینان بالایی روی داده‌های خروجی آن حساب کنیم.

مزایای مهم دیگر عبارتند از:

1. هزینه پایین‌تر: نسبت به سنسورهای پیشرفته‌تر مانند RTD ها، قیمت ترمیستورها بسیار مقرون‌به‌صرفه‌تر است. این موضوع در تولید انبوه اهمیت زیادی دارد.
2. حساسیت بالا: ترمیستورها (چه NTC و چه PTC) نسبت به تغییرات دما بسیار حساس هستند و سریع واکنش نشان می‌دهند. سرعت پاسخ‌دهی آن‌ها معمولا بیشتر از RTD هاست.
3. اندازه کوچک: این قطعات را می‌توان در ابعاد بسیار ریز تولید کرد که برای دستگاه‌های فشرده امروزی مثل موبایل‌ها عالی است.
4. عدم نیاز به تعویض مکرر: همانطور که گفته شد، خاصیت ریست‌شوندگی آن‌ها در مدارهای محافظتی، هزینه‌های تعمیر و نگهداری را به شدت کاهش می‌دهد.

در مقایسه با RTD (آشکارساز دمای مقاومتی) که معمولا از فلز خالص ساخته می‌شود و گران‌تر است، ترمیستورها که از ترکیبات اکسید فلزی هستند، اقتصادی‌تر عمل می‌کنند. البته باید توجه داشت که بازه دمایی ترمیستور محدودتر از RTD است، اما در همان بازه محدود (مثلا -۱۰۰ تا ۳۰۰)، عملکردی عالی و سریع ارائه می‌دهند.

جمع بندی

در این مقاله به طور کامل بررسی کردیم که مقاومت PTC چیست و چرا در صنعت الکترونیک تا این اندازه محبوب است. دریافتیم که این قطعه، مقاومتی با ضریب حرارتی مثبت است؛ یعنی با گرم شدن، مقاومتش زیاد می‌شود. این ویژگی ساده اما حیاتی، آن را به ابزاری قدرتمند برای حفاظت از مدارها در برابر اضافه جریان و همچنین اندازه‌گیری دما تبدیل کرده است. از ساختار اکسید فلزی آن (پلاتین، نیکل و…) گفتیم و دیدیم که چگونه مانند یک فیوز برگشت‌پذیر عمل می‌کند. اگر به دنبال قطعه‌ای ارزان، سریع و دقیق برای کنترل دما یا جریان هستید، PTC یکی از بهترین گزینه‌های روی میز است. شناخت دقیق این قطعات به شما کمک می‌کند تا طراحی‌های ایمن‌تر و کارآمدتری داشته باشید.

جم ترونیک، بزرگ‌ترین ارائه دهنده انواع ماژول‌ها، سنسورها و قطعات الکترونیک در ایران، قدردان همراهی شماست. خوشحالیم که تا انتهای این مقاله تخصصی درباره مقاومت PTC چیست با ما همراه بودید. جم ترونیک صمیمانه از حمایت شما تا انتهای این مقاله تشکر می‌کند.

برای تهیه و خرید مقاومت PTC با قیمت مناسب کلیک کنید.

سوالات متداول

• تفاوت مقاومت PTC با NTC چیست؟

اصلی‌ترین تفاوت در واکنش به دماست. در PTC (ضریب مثبت) با افزایش دما، مقاومت افزایش می‌یابد، اما در NTC (ضریب منفی) با افزایش دما، مقاومت کاهش می‌یابد. همچنین NTC ها معمولا گران‌تر هستند و رزولوشن بالاتری دارند، اما در صنعت استفاده از PTC برای حفاظت رایج‌تر است.

• در چه مدارها یا تجهیزات الکترونیکی از مقاومت PTC استفاده می‌شود؟

این قطعات در طیف وسیعی از تجهیزات استفاده می‌شوند. از مدارهای محدودکننده جریان هجومی در منابع تغذیه گرفته تا محافظ‌های اضافه جریان در موتورهای الکتریکی. همچنین در تجهیزات گرمایشی خود تنظیم‌شونده و به عنوان سنسور دما در سیستم‌های صنعتی کاربرد دارند.

• تفاوت مقاومت PTC با مقاومت معمولی چیست؟

مقاومت‌های معمولی دارای مقدار اهم ثابتی هستند و تغییرات دما تاثیر کمی روی آن‌ها دارد (یا نباید داشته باشد). اما وظیفه مقاومت PTC دقیقا واکنش شدید به دماست و مقدار اهم آن با تغییر دما به شدت و به صورت قابل پیش‌بینی تغییر می‌کند.