ما هو الثرمستور والبوزستور وأين يتم استخدامهما

الثرمستور هو مكون من أشباه الموصلات له مقاومة كهربائية تعتمد على درجة الحرارة. اخترع العالم صموئيل روبن هذا المكون في عام 1930 ، ولا يزال يستخدم على نطاق واسع في التكنولوجيا.

الثرمستورات مصنوعة من مواد مختلفة ، معامل درجة الحرارة للمقاومة (TCR) وهو مرتفع جدًا - يتفوق بشكل كبير على السبائك المعدنية والمعادن النقية ، أي من أشباه الموصلات الخاصة والمحددة.

مباشرة ، يتم الحصول على عنصر المقاومة الرئيسي عن طريق تعدين المساحيق ومعالجة الكالكوجينيدات والهاليدات وأكاسيد بعض المعادن ، مما يمنحها أشكالًا مختلفة ، على سبيل المثال ، في شكل أقراص أو قضبان بأحجام مختلفة ، غسالات كبيرة ، أنابيب متوسطة ، ألواح رفيعة ، حبات صغيرة ، بأحجام تتراوح من بضعة ميكرونات إلى عشرات المليمترات ...

حسب طبيعة العلاقة بين مقاومة العنصر ودرجة حرارته ، فإنهم يقسمون الثرمستورات إلى مجموعتين كبيرتين - البوزيستورات والثرمستورات.تمتلك Posistors TCS إيجابيًا (لهذا السبب ، يُطلق على البوزيستورات أيضًا اسم الثرمستورات PTC) وللمحركات الثرمستورات TCS سالبة (وهذا هو السبب في أنها تسمى الثرمستورات NTC).

الثرمستور - المقاوم المعتمد على درجة الحرارة مصنوع من مادة أشباه الموصلات مع معامل درجة حرارة سالب وحساسية عالية ، مقاوم يعتمد على درجة الحرارة مع معامل إيجابي. وهكذا ، مع زيادة درجة حرارة جسم البوزيستور ، تقل مقاومته ، ومع زيادة درجة حرارة الثرمستور ، تنخفض مقاومته وفقًا لذلك.

المواد المستخدمة في الثرمستورات اليوم هي: خليط من أكاسيد الكريستالات من معادن انتقالية مثل الكوبالت والمنغنيز والنحاس والنيكل ، ومركبات النوع IIIIBV ، وكذلك أشباه الموصلات الزجاجية المخدرة مثل السيليكون والجرمانيوم وبعض المواد الأخرى. وتجدر الإشارة إلى محولات تيتانات الباريوم الصلبة.

يمكن تصنيف الثرمستورات على النحو التالي:

• فئة درجة حرارة منخفضة (درجة حرارة التشغيل أقل من 170 كلفن) ؛

• فئة درجة حرارة متوسطة (درجة حرارة التشغيل من 170 كلفن إلى 510 كلفن) ؛

• فئة درجة حرارة عالية (درجة حرارة تشغيل 570 كلفن وما فوق) ؛

• فئة منفصلة لدرجة الحرارة العالية (درجة حرارة التشغيل من 900 كلفن إلى 1300 كلفن).

يمكن لجميع هذه العناصر ، سواء الثرمستورات أو البوزيستورات ، أن تعمل في ظروف خارجية مناخية مختلفة وتحت أحمال مادية خارجية وحالية كبيرة. ومع ذلك ، في ظل التدوير الحراري الشديد ، تتغير خصائصها الكهروحرارية الأولية ، مثل مقاومة درجة حرارة الغرفة الاسمية ومعامل درجة الحرارة للمقاومة ، بمرور الوقت.

هناك أيضًا مكونات مدمجة ، على سبيل المثال ، ترمستورات مسخنة بشكل غير مباشر ... تحتوي أغلفة هذه الأجهزة على الثرمستور نفسه وعنصر تسخين معزول جلفانيًا يحدد درجة الحرارة الأولية للثرمستور ، وبالتالي مقاومته الكهربائية الأولية.

تستخدم هذه الأجهزة كمقاومات متغيرة يتم التحكم فيها بواسطة الجهد المطبق على عنصر التسخين في الثرمستور.

اعتمادًا على كيفية اختيار نقطة التشغيل للخاصية I - V لمكون معين ، يتم أيضًا تحديد وضع التشغيل للثرمستور في الدائرة. وترتبط خاصية I - V نفسها بخصائص التصميم ودرجة الحرارة المطبقة على سكن المكون.

للتحكم في تقلبات درجة الحرارة والتعويض عن المعلمات المتغيرة ديناميكيًا ، مثل تدفق التيار والجهد المطبق في الدوائر الكهربائية ، والتي تتغير بعد تغيير ظروف درجة الحرارة ، يتم استخدام الثرمستورات مع نقطة تشغيل محددة في القسم الخطي من I - V مميزة.

ولكن يتم تحديد نقطة التشغيل تقليديًا على القسم الساقط للخاصية I - V (الثرمستورات NTC) إذا تم استخدام الثرمستور ، على سبيل المثال ، كمبتدئ ، مرحل زمني ، في نظام لتتبع وقياس شدة إشعاع الميكروويف ، في أنظمة إنذار الحريق ، التحكم الحراري، في منشآت التحكم في تدفق المواد السائبة والسوائل.

الثرمستورات والمقاومات الأكثر شيوعًا في درجات الحرارة المتوسطة اليوم مع TCS من -2.4 إلى -8.4٪ عند 1 كلفن ... تعمل على نطاق واسع من المقاومات من أوم إلى ميغا أوم.

هناك موجزات مع TCR منخفض نسبيًا من 0.5٪ إلى 0.7٪ عند 1 كلفن مصنوع على أساس السيليكون. تتغير مقاومتهم بشكل خطي تقريبًا.تستخدم هذه الموجات على نطاق واسع في أنظمة تثبيت درجة الحرارة وأنظمة التبريد النشطة لمفاتيح تبديل أشباه الموصلات في مختلف الأجهزة الإلكترونية الحديثة ، خاصة في الأجهزة القوية. تتلاءم هذه المكونات بسهولة مع المخططات ولا تشغل مساحة كبيرة على اللوحة.

يكون البوزيستور النموذجي على شكل قرص خزفي ، وأحيانًا يتم تثبيت عدة عناصر متسلسلة في حالة واحدة ، ولكن غالبًا في متغير واحد في طلاء المينا الواقي. غالبًا ما تُستخدم المحفزات كصمامات لحماية الدوائر الكهربائية من الجهد الزائد والتيار ، فضلاً عن مستشعرات درجة الحرارة وعناصر الاستقرار الذاتي ، نظرًا لبساطتها واستقرارها المادي.

تستخدم الثرمستورات على نطاق واسع في العديد من مجالات الإلكترونيات ، خاصةً حيث يكون التحكم الدقيق في درجة الحرارة أمرًا مهمًا. هذا ينطبق على معدات نقل البيانات وتكنولوجيا الكمبيوتر والمعالجات عالية الأداء والمعدات الصناعية عالية الدقة.

أحد أبسط الأمثلة وأكثرها شيوعًا لتطبيقات الثرمستور هو الحد الفعال لتيار التدفق. في الوقت الحالي ، يتم توفير الجهد لمصدر الطاقة من التيار الكهربائي ، وهو حاد للغاية شحنة مكثف سعة كبيرة ويتدفق تيار شحن كبير في الدائرة الأولية ، والتي يمكن أن تحرق جسر الصمام الثنائي.

هذا التيار موجود هنا وهو مقيد بالثرمستور ، أي أن مكون الدائرة هذا يغير مقاومته اعتمادًا على التيار المار فيه ، لأنه وفقًا لقانون أوم ، فإنه يسخن. ثم يستعيد الثرمستور مقاومته الأصلية ، بعد بضع دقائق ، بمجرد أن يبرد إلى درجة حرارة الغرفة.