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Ratgeber

PTC-Widerstände » Kaltleiter



Was sind PTC-Widerstände?

Der Kaltleiter wird auch als PTC-Widerstand oder PTC-Thermistor bezeichnet. Thermistor steht für die Gruppe elektrischer Halbleiterwiderstände, deren Wert sich mit der Temperatur reproduzierbar ändert.

PTC ist eine Abkürzung aus dem Englischen und steht für „Positive Temperature Coefficient“. Es steht für die Eigenschaft, dass PTC Thermistoren über einen positiven Temperaturkoeffizienten verfügen.

Das bedeutet, dass der elektrische Widerstand bei hohen Temperaturen zunimmt und der Stromfluss abnimmt. Bei tieferen Temperaturen sinkt der Widerstand ab und der Stromfluss nimmt zu.

PTC oder NTC-Widerstände gehören zur Gruppe der Thermistoren und sind aus oxidkeramischen Werkstoffen gefertigt. Deren Funktion ist invertiert zueinander. Ein Kaltleiter besteht aus Kristallelementen, welche an ihren Grenzen Sperrschichten bilden. Die Dielektrizitätskonstante ist unterhalb der materialspezifischen Curie-Temperatur hoch, das Bauteil ist niederohmig. Mit zunehmender Erwärmung wird das Bauteil thermisch aktiviert und Ladungsträger werden freigesetzt. Die Kennlinie steigt in diesem Arbeitsbereich linear und steil an. Über die Temperatur im Arbeitsbereich hinaus verliert der PTC sein lineares Verhalten und der Widerstand sinkt ab.



Betriebsarten von PTC-Widerständen

Der belastete Kaltleiter (Interne Erwärmung):

Wird der Kaltleiter mit einer hinreichenden Spannung versorgt, kommt durch den Stromfluss eine interne Erwärmung zustande. Steigt die Temperatur an, nimmt der Widerstand zu und der Stromfluss sinkt bei steigender Spannung ab. Schließlich wird ein stationärer Zustand erreicht, in dem die eingespeiste Leistung über die Leitung und Strahlung von Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Das kann für Einsätze als Zeitverzögerung oder zur Überstrombegrenzung genutzt werden. Mit dem Durchschalten kurzer Stromimpulse werden Induktionsmotoren angelassen oder Bildröhren entmagnetisiert. Kaltleiter werden häufig als Heizelement eingesetzt.


Der unbelastete Kaltleiter (Externe Erwärmung):

Der Kaltleiter ist dann unbelastet, wenn so geringe Ströme fließen, dass keine Eigenerwärmung entsteht. Der Zustand nennt sich Nulllastwiderstand. Beim Einsatz als Temperaturfühler ist darauf zu achten, dass der Widerstand sowohl spannungs- als auch frequenzabhängig ist. Der durch eine Erwärmung steigende Widerstand wird häufig in Schutzschaltungen eingesetzt. Sie werden beispielsweise in Wicklungen von Transformatoren oder Motoren eingesetzt, um bei einer zu starken Erwärmung die Einrichtung abzuschalten. Viele Typen sind dazu vorgesehen eine Überschreitung oder Unterschreitung eines bestimmten Temperaturwerts zu überwachen. Mit dieser Eigenschaft wird der Kaltleiter in Temperaturüberwachungen als Abgleich zu einer Referenztemperatur eingesetzt.



Kennwerte der Kaltleiter

Nennwiderstand Da sich der Widerstand in Abhängigkeit der Temperatur verändert, wird der Nennwiderstand bei einer Temperatur von 25°C gegeben. Deswegen wird ein typischer NTC-Widerstand mit R(25) oder (RT) gekennzeichnet und in Ohm angegeben.
Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur Die Funktion des Kaltleiters wird typischerweise anhand einer Kennlinie dargestellt. Der Widerstand ist darin logarithmisch eingeteilt, damit wird im Arbeitsbereich eine annähernde Gerade sichtbar. Zwischen Anfangs- und Endbereich liegt wie auch beim NTC-Widerstand der Nennbereich bei einer Bezugstemperatur von 25 °C.
Anfangstemperatur und Minimalwiderstand Der Arbeitsbereich beginnt in dem Wendepunkt, an dem sich die Anfangstemperatur Tmin und der Anfangswiderstand R(min) schneiden. Bis zu diesem Punkt ist der Widerstandswert nahezu konstant. Darüber hinaus beginnt der Arbeitsbereich mit dem positiven Temperaturkoeffizienten.
Bezugstemperatur und Bezugswiderstand Der Bezugspunkt ist der Punkt auf der Kennlinie, ab dem diese in einen annähernd linearen Verlauf wechselt. Von diesem Punkt aus werden die Referenztemperatur T(ref) und der Referenzwiderstand R(ref) gebildet. Der Referenzwiderstand ist doppelt so groß wie der Anfangswiderstand.
Nennansprechtemperatur Bei Kaltleitern, die als Temperaturfühler zu Überwachungszwecken vorgesehen sind, ist die Bezugstemperatur als Nennansprechtemperatur T(NTT) mit dem dazugehörigen Widerstand R(NTT) definiert. Der Widerstandswert liegt im steil ansteigenden Bereich der Kennlinie.
Endwiderstand und Endtemperatur Die maximalen Grenzen des Arbeitsbereichs liegen beim Endwiderstand R(E) und der Endtemperatur T(E). An diesem Schnittpunkt endet der steil ansteigende Bereich der Kennlinie.
Temperaturkoeffizient Die Änderung des Widerstands zur Temperatur ist abhängig von dessen Materialeigenschaften. Der Temperaturkoeffizient T(C) oder T(CR) ist in Prozent angegeben und gibt die Änderungsrate des Thermistors an. Dieser bildet die Grundlage für die Kennlinie.
Maximal zulässige Betriebstemperatur Dies ist die höchste Oberflächentemperatur T(surf), die ein Bauelement unter stationären Bedingungen annehmen darf.
Betriebstemperaturbereich Der Temperaturbereich, indem der Einsatz des Bauelements empfohlen wird. In verschiedenen Datenblättern sind darüber hinaus Angaben zum Betrieb bei höheren Spannungen vorhanden.
Belastbarkeit Die Nennverlustleistung ist die Belastbarkeitsangabe, welche die maximal zulässige Verlustleistung bei einer definierten Bezugstemperatur beschreibt. Die Belastbarkeitsangabe P25 wird im Datenblatt typischerweise bei einer Bezugstemperatur von 25 °C angegeben. Es kommt vor, dass innerhalb der Regelparameter die Erwärmung und die Verlustleistung einander entgegenwirken. Dann werden die Belastbarkeitsangaben im Datenblatt häufig nicht mit angegeben.
Nennspannung Die Nennspannung V(R) ist die maximale Betriebsspannung, die für das Bauelement vorgesehen ist.
Maximale Betriebsspannung Die maximale Betriebsspannung V(max) ist die höchste Spannung, die auf Dauer an einem Bauelement anliegen darf. Die Angabe gilt bei der jeweiligen Umgebungstemperatur im Arbeitsbereich der Kennlinie.
Durchbruchspannung Die höchste Spannung, die das Bauelement aushalten kann, ist die Durchbruchspannung V(BD). Darüber hinaus verliert es seine funktionellen Eigenschaften und es wird gegebenenfalls zerstört.
Maximale Messspannung Wenn das Bauelement als Temperaturfühler verwendet wird, ist die maximale Messspannung V(meas) oder V(max) die maximale Betriebsspannung, die an dem Bauelement anliegen darf. Darüber hinaus kann es zu Fehlern durch Eigenerwärmung oder Feldstärkenabhängigkeiten führen.
Isolations-Prüfspannung Die Isolations-Prüfspannung V(ins) ist die Spannung, die maximal zwischen dem Körper des Bauelements und seiner Umhüllung anliegen darf, während des fünf Sekunden andauernden Prüfvorgangs.


Anwendung von PTC-Widerständen

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