تصور کنید گوشی هوشمندتان در حین اجرای بازی‌های گرافیکی داغ شود. بدون سیستم‌های نظارت دقیق دما، قطعات الکترونیکی ظریف آن ممکن است با آسیب دائمی مواجه شوند. ترمیستورهای NTC به عنوان اجزای حیاتی عمل می‌کنند که از دستگاه‌های الکترونیکی در برابر تهدیدات گرم شدن بیش از حد محافظت می‌کنند. این مقاله به بررسی اصول، ویژگی‌ها، کاربردها و عملکردهای حیاتی ترمیستورهای NTC در فناوری معاصر می‌پردازد.

ترمیستورهای ضریب دمای منفی (NTC) اجزای نیمه‌رسانایی هستند که مقاومت آن‌ها با افزایش دما کاهش می‌یابد. این ویژگی آن‌ها را برای اندازه‌گیری و کنترل دقیق دما ایده‌آل می‌کند. ترمیستورهای NTC نوآوری‌های اخیر نیستند—تاریخچه آن‌ها به سال 1833 برمی‌گردد، زمانی که مایکل فارادی این پدیده را در حین مطالعه نیمه‌رساناهای سولفید نقره کشف کرد. با این حال، کاربردهای تجاری تنها در دهه 1930 از طریق کار ساموئل روبن آغاز شد.

برخلاف فلزاتی که مقاومت آن‌ها با دما افزایش می‌یابد، ترمیستورهای NTC رابطه معکوسی بین مقاومت و دما نشان می‌دهند. این رفتار منحصربه‌فرد ناشی از مکانیسم‌های هدایت الکترون در مواد نیمه‌رسانا است:

• فلزات: افزایش دما ارتعاشات شبکه را تشدید می‌کند، که مانع از حرکت الکترون‌های آزاد شده و مقاومت را افزایش می‌دهد.
• نیمه‌رساناها: دمای بالاتر الکترون‌های بیشتری را از نوارهای ظرفیت به نوارهای هدایت برمی‌انگیزد و حامل‌های بار را افزایش می‌دهد. اگرچه ارتعاشات شبکه نیز مانع از حرکت حامل‌ها می‌شود، اما اثر غلظت حامل غالب است و مقاومت را کاهش می‌دهد.

شکاف باند باریک نیمه‌رساناها به الکترون‌ها اجازه می‌دهد تا راحت‌تر بین باندها انتقال یابند. افزایش دما انرژی کافی را برای الکترون‌ها فراهم می‌کند تا بر این شکاف غلبه کنند، حامل‌های رسانا را تقویت کرده و مقاومت را کاهش دهند.

رابطه مقاومت-دما از این فرمول پیروی می‌کند:

که در آن:

• R: مقاومت در دمای T
• R₀: مقاومت مرجع در دمای T₀ (معمولاً 25 درجه سانتی‌گراد)
• B: ثابت ماده (مقدار B) که نشان‌دهنده حساسیت به دما است
• T: دمای مطلق (کلوین)
• T₀: دمای مرجع (کلوین)

ترمیستورهای NTC معمولاً 3٪-5٪ تغییر مقاومت در هر درجه سانتی‌گراد نشان می‌دهند و امکان تشخیص دقیق تغییرات جزئی دما را فراهم می‌کنند.

ترمیستورهای NTC در درجه اول از سرامیک‌های اکسید فلز انتقالی (اکسیدهای منگنز، نیکل، کبالت، آهن، مس) تشکیل شده‌اند. تولیدکنندگان مقادیر مقاومت، مقادیر B و ضرایب دما را با کنترل ترکیب مواد و فرآیندهای تف جوشی تنظیم می‌کنند.

تولید شامل موارد زیر است:

1. نسبت مواد
2. آسیاب گلوله‌ای
3. گرانول‌سازی
4. شکل‌دهی (فشردن، اکستروژن)
5. تف جوشی در دمای بالا
6. اعمال الکترود
7. کپسوله‌سازی (پلاستیک/شیشه/فلز)
8. آزمایش و غربالگری

انواع رایج ترمیستورهای NTC عبارتند از:

• نوع تراشه (قابل نصب روی سطح)
• نوع سربی (نصب PCB سنتی)
• اپوکسی کپسوله شده (مقاوم در برابر رطوبت)
• شیشه کپسوله شده (پایدار در دمای بالا)
• SMD (مناسب برای اتوماسیون)

پارامترهای کلیدی:

• مقاومت اسمی (معمولاً در 25 درجه سانتی‌گراد)
• مقدار B (حساسیت به دما)
• تلرانس مقاومت
• محدوده دمای عملیاتی
• حداکثر توان نامی
• ثابت زمانی حرارتی (سرعت پاسخ)

ترمیستورهای NTC عملکردهای حیاتی را در سراسر صنایع انجام می‌دهند:

• دماسنج‌ها
• سیستم‌های HVAC
• یخچال‌ها/فرها
• آبگرمکن‌ها

• منابع تغذیه (محدودیت جریان هجومی)
• محافظت از موتور
• سیستم‌های روشنایی

• پایداری مدار
• افزایش دقت حسگر

• نظارت بر دمای موتور/باتری
• سیستم‌های کنترل آب و هوا

• مدیریت حرارتی گوشی هوشمند/تبلت
• کنترل فن لپ‌تاپ

در گوشی‌های هوشمند، ترمیستورهای NTC نظارت حرارتی حیاتی را انجام می‌دهند:

• محافظت از باتری: هنگامی که دما از آستانه‌های ایمنی فراتر رود، کاهش سرعت شارژ را فعال می‌کند
• مدیریت پردازنده: در هنگام اضافه بار حرارتی، سرعت ساعت را شروع می‌کند
• کنترل شارژ: در شرایط دمای شدید، شارژ را به حالت تعلیق در می‌آورد

• کوچک‌سازی برای دستگاه‌های جمع و جور
• دقت پیشرفته برای برنامه‌های کاربردی حیاتی
• قابلیت اطمینان بهبود یافته برای محیط‌های سخت
• ادغام با ریزپردازنده‌ها برای نظارت هوشمند
• کاربردهای گسترده خودرو

ترمیستورهای NTC در سراسر فناوری مدرن، از لوازم خانگی گرفته تا سیستم‌های پیشرفته خودرو، ضروری هستند. تکامل آن‌ها به سمت طرح‌های کوچک‌تر، دقیق‌تر و هوشمندتر همچنان راه‌حل‌های حرارتی قابل اعتمادی را برای برنامه‌های الکترونیکی فزاینده پیچیده ارائه می‌دهد.