Thermistor

Heißleiter in Perlen-Bauform

Ein Thermistor (Kunstwort aus engl. thermal und resistor) ist ein variabler elektrischer Widerstand, dessen Wert durch Temperaturänderung reproduzierbar variiert. Im engeren Sinne werden nur temperaturabhängige Widerstände für Temperaturmess- und Kleinsignalanwendungen als Thermistor bezeichnet.

Allgemeines

Schaltsymbol

Aufgrund eines materialtypischen Temperaturkoeffizienten entsteht ein temperaturabhängiger, spezifischer elektrischer Widerstand. Kennzeichnend ist die Änderung des Widerstandbeiwertes unter dem Einfluss von Temperaturdifferenzen. Als Widerstandsmaterial werden halbleitende Metalloxide oder Silizium verwendet. Thermistoren decken einen Temperaturbereich von −90 °C bis 130 °C ab.

In erster Näherung kann die Temperaturabhängigkeit T des Widerstandes R als lineare Gleichung mit dem Proportionalitätsfaktor k beschrieben werden:

$\Delta R=k\Delta T \,$

Der Faktor k wird auch als Temperaturkoeffizient 1. Ordnung bezeichnet. Je nach Vorzeichen dieses Koeffizienten wird zwischen Heißleitern mit negativen Koeffizienten und Kaltleitern mit positiven Koeffizienten unterschieden. Bei Heißleitern, auch als NTC-Widerstand bezeichnet, sinkt der Widerstandswert mit steigender Temperatur. Bei Kaltleitern, auch als PTC-Widerstand bezeichnet, steigt der Widerstandswert mit steigender Temperatur.

Anwendungen

Messtechnik

Thermistoren zur Temperaturmessung mit fast linearer Kennlinie, wie PT100-Sensoren, welche aus dem Metall Platin bestehen, können mit der linearen Gleichung in hinreichender Genauigkeit beschrieben werden. Sie weisen mit einer Änderung von 0,388% pro °C nur einen geringen Hub auf, was in einer geringen Auflösung resultiert. Die Linearität des Sensors hat vor allem bei rein analogen Messschaltungen den Vorteil, da die Kennlinie des Sensors nicht schaltungstechnisch aufwändig linearisiert werden muss.

Thermistoren auf Halbleiterbasis weisen einen stärkeren Hub auf; deren stark nichtlineare Kennlinien müssen allerdings durch nichtlineare Gleichungen linearisiert werden. Eine übliche Form der Linearisierung beruht auf der Steinhart-Hart-Gleichung, welche eine Näherung 3. Ordnung darstellt:

$\frac{1}{T}=a+b\,\ln(R)+c\,\ln^3(R)$

Die Parameter a, b und c der Zahlenwertgleichung stellen sensorabhängige Parameter dar. Die Widerstandswert R muss dabei in Ohm angegeben werden, die Temperatur wird in Kelvin spezifiziert.

Beispielhafte Parameter für einen Thermistor mit einem nominalen Widerstandswert von 3000 Ω bei einer Temperatur 298,15 K sind:

$a = 1,4 \times 10^{-3}$

$b = 2,37 \times 10^{-4}$

$c = 9,9 \times 10^{-8}$

Alternativ kann die Linearisierung innerhalb eines bestimmten Messbereichs auch durch ein Polynom erfolgen. Der Grad des Polynoms richtet sich nach der Genauigkeitsanforderung, üblich sind Polynome 3. oder 4. Grades.

Strombegrenzung

Einige Kaltleiter-Widerstände aus Bariumtitanat zeigen einen stark nichtlinearen Zusammenhang zwischen Temperatur und Widerstandswert und finden unter anderem als verschleißfreie Schaltelemente Anwendung – vergleichbar mit Bimetallschalter.

Andere Anwendung von Kaltleiter-Widerstände sind im Bereich sehr träger selbstrückstellende Sicherungen oder auch zur Steuerung des Entmagnetisierungsstromes bei Farbbildröhren gegeben.

Heißleiter werden zur Einschaltstrombegrenzung (Sanftanlauf) verwendet.

Bauformen

• bedrahtete Scheiben oder Zylinder
• Oberflächenmontage (Surface Mounted Device (SMD); Quader oder z. B. SOT-23)
• bedrahtete Metall-Ösen, Pillen oder halbleitertypische Gehäuse (TO-92, TO-220)

Weblinks

• Software zur Thermistor Berechnung bei sourceforge.net