تصور کنید که موتور خودروی شما به طور خودکار تزریق سوخت را تنظیم می‌کند تا در صبح‌های زمستانی یخبندان، استارت نرمی داشته باشد، یا تلفن هوشمند شما به طور هوشمندانه صفحه نمایش خود را کم نور می‌کند تا از گرم شدن بیش از حد در روزهای تابستانی سوزان جلوگیری کند. این ویژگی‌های به ظاهر پیش پا افتاده به یک جزء الکترونیکی حیاتی متکی هستند: ترمیستور NTC. این ترمیستور به عنوان یک نگهبان نامرئی عمل می‌کند و نقش مهمی در حسگر دما و محافظت از مدار ایفا می‌کند.

NTC مخفف عبارت «ضریب دمای منفی» است. یک ترمیستور NTC یک مقاومت است که مقاومت آن با افزایش دما کاهش می‌یابد. این ویژگی منحصر به فرد آن را برای حسگر دما و محدود کردن جریان ایده‌آل می‌کند. در مقایسه با حسگرهای دمای سیلیکونی و آشکارسازهای مقاومت دما (RTD)، ترمیستورهای NTC ضریب حساسیت دمایی تقریباً پنج تا ده برابر بیشتر ارائه می‌دهند و پاسخ‌های سریع‌تر و دقیق‌تری به تغییرات دما را امکان‌پذیر می‌کنند.

به طور معمول، حسگرهای NTC در محدوده دمایی -55 درجه سانتی‌گراد تا +200 درجه سانتی‌گراد کار می‌کنند. مقاومت‌های NTC اولیه به دلیل رابطه غیرخطی مقاومت-دما با چالش‌هایی مواجه بودند که اندازه‌گیری دقیق دما را در مدارهای آنالوگ پیچیده می‌کرد. با این حال، پیشرفت‌ها در مدارهای دیجیتال این مشکل را از طریق جداول جستجوی درون‌یابی یا معادلات که منحنی‌های NTC معمولی را تقریب می‌کنند، حل کرده‌اند.

برخلاف RTDهای ساخته شده از فلز، ترمیستورهای NTC معمولاً از سرامیک یا پلیمر ساخته می‌شوند. مواد مختلف پاسخ‌های دمایی و ویژگی‌های عملکردی متمایزی را ارائه می‌دهند.

• پاسخ دما: اکثر ترمیستورهای NTC برای -55 درجه سانتی‌گراد تا 200 درجه سانتی‌گراد بهینه شده‌اند و دقیق‌ترین اندازه‌گیری‌ها را در این محدوده ارائه می‌دهند. انواع تخصصی می‌توانند در نزدیکی صفر مطلق (-273.15 درجه سانتی‌گراد) یا در محیط‌هایی که از 150 درجه سانتی‌گراد فراتر می‌روند، کار کنند.
• حساسیت دما: به صورت «% تغییر در هر درجه سانتی‌گراد» یا «% تغییر در هر کلوین» بیان می‌شود، حسگرهای NTC معمولاً مقادیری بین -3% تا -6% در هر درجه سانتی‌گراد نشان می‌دهند که به مواد و فرآیندهای تولید بستگی دارد.
• مقایسه با سایر حسگرها: ترمیستورهای NTC از نظر اندازه، سرعت پاسخ، مقاومت در برابر ضربه و هزینه از RTDهای پلاتینی بهتر عمل می‌کنند. اگرچه کمی کمتر از RTDها دقیق هستند، اما از نظر دقت با ترموکوپل‌ها برابری می‌کنند. با این حال، ترموکوپل‌ها در کاربردهای با دمای بالا (تا 600 درجه سانتی‌گراد) برتری دارند. در دماهای پایین‌تر، ترمیستورهای NTC حساسیت، پایداری و دقت بالاتری را با حداقل مدار اضافی ارائه می‌دهند.
• اثر خود گرمایی: جریان عبوری از یک ترمیستور NTC گرما تولید می‌کند که بر دقت اندازه‌گیری تأثیر می‌گذارد. این اثر به بزرگی جریان، شرایط محیطی (مایع/گاز، وجود جریان)، ضریب دما و سطح بستگی دارد. این ویژگی اغلب در آشکارسازهای وجود مایع مانند حسگرهای مخزن استفاده می‌شود.
• ظرفیت حرارتی: ظرفیت حرارتی که بر حسب mJ/°C اندازه‌گیری می‌شود، انرژی مورد نیاز برای افزایش دمای یک ترمیستور به میزان 1 درجه سانتی‌گراد را نشان می‌دهد. این پارامتر برای کاربردهای محدودکننده جریان هجومی بسیار مهم است، زیرا سرعت پاسخ را تعیین می‌کند.

انتخاب یک ترمیستور مستلزم در نظر گرفتن ثابت اتلاف، ثابت زمانی حرارتی، مقدار مقاومت، منحنی مقاومت-دما و تلرانس است. با توجه به رابطه R-T بسیار غیرخطی، طرح‌های سیستم عملی از روش‌های تقریب استفاده می‌کنند.

• تقریب مرتبه اول: ساده‌ترین روش، ΔR = k · ΔT، که در آن k ضریب دمای منفی است. فقط در محدوده‌های دمایی باریک که در آن k تقریباً ثابت می‌ماند، مؤثر است.
• فرمول بتا: دقت ±1 درجه سانتی‌گراد را بین 0 درجه سانتی‌گراد تا +100 درجه سانتی‌گراد با استفاده از یک ثابت ماده β ارائه می‌دهد: R(T) = R(T0) · e^(β(1/T - 1/T0)). به کالیبراسیون دو نقطه‌ای نیاز دارد، اما به طور کلی دقت ±5 درجه سانتی‌گراد را در سراسر محدوده مفید حفظ می‌کند.
• فرمول استینهارت-هارت: استاندارد طلایی از سال 1968: 1/T = A + B · ln(R) + C · (ln(R))^3. ضرایب (A, B, C) در برگه اطلاعات ارائه شده‌اند. دقت ±0.15 درجه سانتی‌گراد را از -50 درجه سانتی‌گراد تا +150 درجه سانتی‌گراد و تا ±0.01 درجه سانتی‌گراد در محدوده 0 درجه سانتی‌گراد تا +100 درجه سانتی‌گراد ارائه می‌دهد.
• انتخاب تقریب مناسب: انتخاب به منابع محاسباتی و الزامات تلرانس بستگی دارد. برخی از برنامه‌ها با تقریب‌های مرتبه اول کافی هستند، در حالی که برخی دیگر ممکن است به کالیبراسیون کامل با جداول جستجو نیاز داشته باشند.

مقاومت‌های NTC با استفاده از اکسیدهای پلاتین، نیکل، کبالت، آهن و سیلیکون، به شکل خالص عنصری، سرامیکی یا پلیمری تولید می‌شوند. روش‌های تولید آنها را به سه دسته تقسیم می‌کنند:

• ترمیستورهای مهره‌ای: سرب‌های آلیاژ پلاتین که مستقیماً در بدنه سرامیکی تف‌جوش می‌شوند. زمان پاسخ سریع‌تر، پایداری بهتر و دمای عملیاتی بالاتری را نسبت به انواع دیسک/تراشه ارائه می‌دهند، اما شکننده‌تر هستند. اغلب برای محافظت در شیشه محصور می‌شوند، با قطرهای 0.075 تا 5 میلی‌متر.
• ترمیستورهای دیسک و تراشه: دارای کنتاکت‌های سطح فلزی شده هستند. اندازه‌های بزرگتر زمان پاسخ را کند می‌کنند، اما ثابت‌های اتلاف را بهبود می‌بخشند و امکان جابجایی جریان بالاتر را فراهم می‌کنند. دیسک‌ها از پودرهای اکسید فشرده شده و تف‌جوش می‌شوند. تراشه‌ها از طریق ریخته‌گری نواری ساخته می‌شوند. قطرهای معمولی: 0.25 تا 25 میلی‌متر.
• ترمیستورهای NTC محصور شده در شیشه: به طور هرمتیک در حباب‌های شیشه‌ای برای کاربردهای PCB با دمای بالا (>150 درجه سانتی‌گراد) یا مقاوم آب‌بندی می‌شوند. پایداری و مقاومت محیطی را افزایش می‌دهند، با قطرهای 0.4 تا 10 میلی‌متر.

ترمیستورهای NTC اهداف مختلفی را دنبال می‌کنند، از جمله اندازه‌گیری دما، کنترل، جبران، تشخیص مایع، محدود کردن جریان و نظارت بر خودرو. کاربردها بر اساس خواص الکتریکی مورد بهره‌برداری طبقه‌بندی می‌شوند:

• ویژگی‌های مقاومت-دما: در اندازه‌گیری/کنترل/جبران دما استفاده می‌شود. برای جلوگیری از خود گرمایی به حداقل جریان نیاز دارد.
• ویژگی‌های جریان-زمان: در تاخیرهای زمانی، محدود کردن جریان هجومی و سرکوب استفاده می‌شود. به ظرفیت حرارتی و ثابت اتلاف متکی است، جایی که گرمایش ناشی از جریان، تغییرات مدار را ایجاد می‌کند.
• ویژگی‌های ولتاژ-جریان: از تغییرات نقطه عملکرد به دلیل تغییرات محیطی/مداری برای محدود کردن جریان یا جبران/اندازه‌گیری دما استفاده می‌کند.