Автоматическое сопротивление: резисторы, управляемые окружающей средой

Резисторы являются одним из основных компонентов, используемых в электронных схемах. Они делают одно: сопротивляются потоку электрического тока. Существует несколько способов снять шкуру с кошки, и существует несколько способов работы резистора. В предыдущих статьях я говорил о резисторах фиксированного номинала, а также о переменных резисторах.

Есть еще одна основная группа переменных резисторов, в которую я не вник: резисторы, которые меняют значение без вмешательства человека. Они изменяются под воздействием окружающей среды: температуры, напряжения, света, магнитных полей и физического напряжения. Они обычно используются для автоматизации, и без них наша жизнь была бы совсем другой.

Они бывают двух типов:

Многие читатели Hackaday, возможно, знакомы с термисторами NTC в 3D-принтерах, где они используются для измерения температуры горячего конца экструдера. Если у вашего принтера есть подогреваемая платформа, вероятно, он также контролируется NTC.

И есть еще много приложений, в которых они используются для измерения температуры, например, в цифровых термометрах, тостерах, кофеварках, морозильниках и так далее.

Но помимо измерения температуры термисторы NTC также используются для ограничения тока. В качестве ограничителей пускового тока они ограничивают любой скачок высокого тока при первом включении устройства. По сути, когда устройство включено, термистор все еще относительно холодный и поэтому действует как высокое сопротивление, ограничивая ток. Со временем, когда через термистор протекает больший ток, его температура увеличивается и, следовательно, его сопротивление уменьшается. Это позволяет протекать через него большему току, и это нормально, поскольку к этому времени первоначальный всплеск сильного тока прекращается.

Мой единственный опыт работы с термисторами NTC заключался в экспериментах с термистором, который был частью автомобильного датчика. Датчик должен был быть вкручен в моторный отсек возможно для измерения температуры охлаждающей жидкости или масла. Конечно, это не измеряет температуру напрямую. Вместо этого на него подается напряжение. При изменении температуры изменяется сопротивление, а также напряжение. Затем компьютер автомобиля использует таблицу или формулу для сопоставления этого напряжения с температурой.

Я не смог найти техническое описание автомобильной детали и не знал взаимосвязи между температурой и сопротивлением термистора, поэтому положил его в кастрюлю с водой на плиту. Медленно доводя воду до кипения, я измерил температуру воды и сопротивление термистора, получив диаграмму, показанную здесь.

Термисторы с положительным температурным коэффициентом (ПТК), сопротивление которых увеличивается с увеличением температуры, также имеют свое применение.

Одним из примеров является замена предохранителя. По мере увеличения тока в цепи температура термистора увеличивается из-за обычного резистивного нагрева. Это тепло теряется в окружающей среде. Но если ток выше, чем должен быть, то в какой-то момент он нагреется быстрее, чем сможет потерять это тепло. В этот момент сопротивление увеличится, ограничивая ток.

С появлением плоских дисплеев ЭЛТ-дисплеев становится все меньше и меньше, но некоторые читатели помнят, что в цепях катушки размагничивания дисплея использовались термисторы PTC. На катушку размагничивания необходимо кратковременно подать питание и постепенно выключать. Ток через катушку создаст необходимое магнитное поле для размагничивания, а также нагреет термистор. При этом сопротивление термистора будет увеличиваться желаемым постепенным образом, уменьшая ток через катушку до тех пор, пока цепь не отключится.

Большинство применений варисторов приходится на защиту от перенапряжений, защиту цепей от переходных процессов в сети, индуктивных нагрузок и молний. Обычно их размещают поперек защищаемой цепи, поэтому, если напряжение на ней поднимется достаточно высоко, варистор будет проводить ток и действовать как короткое замыкание, а не ток, проходящий через цепь.

Мой собственный опыт работы с варисторами возник во время работы в качестве подрядчика по солнечной энергии. Мы прикрепляли грозовые разрядники к различным компонентам солнечной системы: два разрядника для инвертора, где один комплект проводов шел наружу к генератору, а другой комплект выходил к нагрузкам в коттедже, и один разрядник для контроллера заряда, где закончились провода к солнечным панелям. Это все участки проводов, где напряжение может быть повышено до опасного уровня из-за близлежащей молнии.