Wofür wird ein Thermistor verwendet?

Bild: Jeremy Cook | Thermistoren sind in einer Vielzahl von Formen und Größen erhältlich

Der Thermistor — kurz für thermisch sensitiver Widerstand — ist ein Widerstand, dessen Wert sich mit der Temperatur ändert. Thermistoren erhöhen oder verringern ihren Widerstand bei Temperaturänderungen.   Thermistoren werden allgemein in zwei Klassen unterteilt:

• NTC-Thermistor: Negativer Temperaturkoeffizient – der Widerstand nimmt mit steigender Temperatur ab
• PTC-Thermistor: Positiver Temperaturkoeffizient – der Widerstand nimmt mit steigender Temperatur zu

Hierbei ist R der Widerstand, T die Temperatur, und k der Koeffizient, der die beiden miteinander verknüpft. Bei Standardwiderständen (nicht-Thermistoren) ist k idealerweise so nah wie möglich an 0, um einen konstanten Widerstand (R) über einen breiten Temperaturbereich zu gewährleisten.   Diese Näherung erster Ordnung ist nur über einen begrenzten Temperaturbereich genau. Eine robustere Darstellung des Verhältnisses von Widerstand zu Temperatur basiert auf der Steinhart-Hart-Gleichung für Halbleiterwiderstände, die wie folgt ausgedrückt wird:

In dieser Gleichung stimmen die Begriffe T (Temperatur) und R (Widerstand) mit der Näherung erster Ordnung überein. Die Koeffizienten A, B und C werden angepasst, um die individuellen Eigenschaften eines Thermistors zu berücksichtigen.   Über das resistive Verhalten hinaus sind Thermistoren in einer Vielzahl von Gehäusen erhältlich, von winzigen SMD-Komponenten, die auf ein Steckbrett passen, bis hin zu Geräten mit angehängten Anschlüssen für Aufgaben der Fernmessung. Thermistoren können zur Temperaturmessung verwendet oder direkt zur Steuerung von Schaltungen eingesetzt werden.

Wofür werden Thermistoren verwendet?

Bild: Jeremy Cook | Thermistoren sind in kleinen und großen Gehäusen erhältlich

Die Temperaturerfassung mit einem Thermistor erfolgt mittels eines NTC-Thermistors. Beispielsweise wird die Temperatur des Hot-Ends eines 3D-Druckers typischerweise mit einem NTC-Thermistor gemessen, der in der Regel einen Widerstand von 100 kΩ bei einer Umgebungstemperatur von 25ºC/77ºF aufweist. Der Controller des 3D-Druckers misst den Widerstand des Thermistors, der mit der Temperatur korreliert ist. Diese Temperaturdaten ermöglichen es dem Drucker, die geeignete Leistung bereitzustellen, um PLA oder andere Materialien zu schmelzen.   Neben der Datenübertragung an einen Controller können Thermistoren auf verschiedene Weise direkt in einer Schaltung verwendet werden:

• PTC: Strombegrenzung zum Schutz von Schaltungen. Wenn ein überschüssiger Strom durch einen entsprechend spezifizierten PTC-Widerstand fließt, wird Wärme erzeugt und der Widerstand erhöht sich. Dies kann somit als rückstellbare Sicherung wirken, indem der Stromfluss bei Wärme gehemmt und unter normalen (kühleren) Bedingungen wieder ermöglicht wird.
• NTC: Einschalt-strombegrenzer. Der Widerstand dieser Bauteile ist anfangs hoch, aber wenn ein kleiner Stromfluss den Thermistor erwärmt, wird der Widerstand im Laufe der Zeit gesenkt. Dieser verringerte Widerstand ermöglicht einen größeren Stromfluss, der in kontrollierter Weise ansteigt.
• Aktivierung thermisch empfindlicher Geräte: Es ist möglich, einen Kühllüfter mit einem NTC-Thermistor zu steuern, der bei Wärme Strom liefert. Ein PTC-Thermistor könnte in ähnlicher Weise eingesetzt werden, um bei zu kalten Temperaturen einen Heizlüfter zu aktivieren. Während beide eine direkte Steuerung ermöglichen können, kann es vorteilhaft sein, stattdessen einen Thermistor zur Messung zu verwenden. Ein Mikrocontroller, eine Smart-Building-Konfiguration oder ein anderes Smart-Gerät können dann genutzt werden, um präzisere Entscheidungen zu treffen.

Thermistoren: Nützlich für Messungen und Schaltungs­schutz

Während Thermistoren in NTC und PTC unterteilt werden können, ist es vielleicht besser, diese Komponenten danach zu betrachten, ob sie für die Messung oder für direkte Aktionen/Schaltungsschutz vorgesehen sind. Mess-Thermistoren werden häufig mit einem Kabel zur Befestigung an anderen Elektronikkomponenten geliefert. „Direktwirkende“ Thermistoren hingegen kommen oft in kleinen, oberflächenmontierten Gehäusen für den Einsatz mit relativ kleinen Lasten auf Leiterplatten. Sie können auch in Form größerer Durchsteck-Komponenten für größere Lasten auftreten.   Thermistoren bieten eine Vielzahl nützlicher Designmöglichkeiten und sollten in Betracht gezogen werden, wenn es um temperaturempfindliche Anwendungen oder den Schutz von Elektronik geht. Sie sind außerdem in der Regel recht kostengünstig, was hilft, Ihr Projekt im Budget zu halten.