Điện trở nhiệt là gì?
Điện trở nhiệt (thermistor — thermal resistor) là linh kiện bán dẫn có điện trở phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ, với độ nhạy cao hơn nhiều so với điện trở kim loại thông thường (TCR ±50–500ppm/°C). Thermistor được chế tạo từ oxit kim loại bán dẫn (manganese, nickel, cobalt, copper).
NTC Thermistor
NTC (Negative Temperature Coefficient): điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Mối quan hệ phi tuyến theo phương trình Steinhart-Hart:
1/T = A + B×ln(R) + C×[ln(R)]³
Hoặc đơn giản hóa bằng phương trình Beta:
R(T) = R₂₅ × exp[B × (1/T − 1/T₂₅)]
Trong đó: R₂₅ = điện trở tại 25°C, B = hệ số Beta (K), T = nhiệt độ tuyệt đối (K = °C + 273.15).
Thông số NTC điển hình
| Thông số | Ý nghĩa | Giá trị điển hình |
|---|---|---|
| R25 | Điện trở tại 25°C | 1kΩ, 5kΩ, 10kΩ, 100kΩ |
| B25/85 | Hệ số Beta đo từ 25°C đến 85°C | 3435K, 3950K, 4050K |
| Dung sai R25 | Sai số điện trở tại 25°C | ±1%, ±5% |
| Dải nhiệt độ | Phạm vi đo | -55°C đến +125°C |
Ứng dụng NTC
- Cảm biến nhiệt độ: đặt trong mạch cầu Wheatstone hoặc mạch phân áp với điện trở cố định, đọc điện áp bằng ADC vi điều khiển. NTC 10kΩ B3950 rất phổ biến trong nhiệt kế điện tử, máy in 3D (đo nhiệt đầu đùn), điều hòa không khí.
- Bù nhiệt độ (temperature compensation): bù trôi tần số của mạch dao động theo nhiệt độ.
- Giới hạn dòng khởi động (inrush current limiting): NTC dòng lớn (NTC power thermistor) mắc nối tiếp đầu vào nguồn — lúc đầu điện trở cao hạn chế dòng xung, sau khi nóng lên điện trở giảm → tổn thất thấp.
PTC Thermistor
PTC (Positive Temperature Coefficient): điện trở tăng khi nhiệt độ tăng. Đặc biệt, PTC gốm (BaTiO₃) có điện trở tăng đột ngột hàng triệu lần khi vượt qua nhiệt độ Curie (Tc) — thường 60°C–150°C tùy loại. Đây là hiệu ứng PTCR (Positive Temperature Coefficient of Resistivity).
Ứng dụng PTC
- Cầu chì nhiệt tái sử dụng (resettable fuse / polyfuse): khi dòng quá lớn → PTC nóng lên → điện trở tăng mạnh → tự giới hạn dòng → bảo vệ mạch. Khi nhiệt độ giảm về bình thường, PTC tự hồi phục. Phổ biến trong cổng USB, pin laptop, mạch nguồn.
- Bảo vệ động cơ: PTC gắn trong cuộn dây stato động cơ, khi nhiệt độ cuộn dây vượt ngưỡng → điện trở PTC tăng → relay bảo vệ ngắt nguồn.
- Tự gia nhiệt (self-regulating heater): PTC mắc nối tiếp với bộ sưởi, nhiệt độ tăng → R tăng → dòng giảm → tự điều chỉnh nhiệt độ ổn định.