熱敏電阻由于靈敏度高，體積小，堅固耐用，響應(yīng)時間快，成本低等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于激光二極管和檢測器冷卻應(yīng)用中。當(dāng)與熱電（TE）冷卻器和支持電路正確使用時，可以控制到最低的成本，常見熱敏電阻具有足夠的靈敏度，可以將激光二極管的溫度穩(wěn)定在高于0.001℃。熱敏電阻的高靈敏度的價格是以非線性度計算的，這樣使其得選擇和使用比其他預(yù)期更具挑戰(zhàn)性的因素。
熱敏電阻特性
熱敏電阻通常是具有隨溫度而非線性變化的電阻的兩端子半導(dǎo)體器件。熱敏電阻的非線性使其校準(zhǔn)和使用復(fù)雜化。
在以前，設(shè)計工程師經(jīng)常采用基于電阻的線性化網(wǎng)絡(luò)，只有在非常窄的溫度范圍內(nèi)才能有效地轉(zhuǎn)換耐溫度。幸運的是，微處理器具有極大簡化網(wǎng)絡(luò)版這項任務(wù)與他們的快速計算出復(fù)雜的表達(dá)式的能力。大多數(shù)熱敏電阻的RT特性由Steinhart-Hart方程準(zhǔn)確描述：
1 / T = A + B *（Ln R）+ C *（Ln R）3
在這種關(guān)系中，T是絕對溫度（開爾文），A，B和C是常數(shù)，可以用電阻和溫度的測量值來確定。假設(shè)良好校準(zhǔn)數(shù)據(jù)是可用的，自Steinhart-Hart公式介紹了小于0.1的誤差℃ 的溫度范圍內(nèi)的-30 ℃ 至125 ℃ ，和小于0.01的誤差℃ -20 ℃ 50至℃ 。
圖1. 9個常見熱敏電阻的電阻 - 溫度響應(yīng)曲線。
比較普遍的熱敏電阻是負(fù)溫度系數(shù)（ NTC），它隨著溫度的升高而電阻降低。9個常見的NTC熱敏電阻的RT特性如圖1所示。每個熱敏電阻的標(biāo)稱電阻為25℃; 通常可用的熱敏電阻的范圍從250Ω到100千Ω。
通過使用不同的金屬氧化物形成半導(dǎo)體結(jié)，在熱敏電阻制造過程中完成電阻控制。使用幾種不同的材料組合達(dá)到相同的標(biāo)稱25 ℃ 電阻，并且每種組合導(dǎo)致稍微不同的RT特性。這種各種可用的RT特性通常似乎使熱敏電阻選擇復(fù)雜化。然而，如圖2所示，相同標(biāo)稱電阻的熱敏電阻之間的差異相對較小。
標(biāo)稱電阻 -通常，熱敏電阻在表現(xiàn)出數(shù)千歐姆電阻的溫度下工作。在這些高電阻下，簡單的雙線電阻測量使用傳統(tǒng)的數(shù)字萬用表工作得很好，溫度控制器的測量電路不必過于復(fù)雜或精確，可靠的溫度測量。
溫度靈敏度 -熱敏電阻在低溫下實現(xiàn)了最高的靈敏度，其中電阻對溫度曲線最陡。隨著溫度的升高，這種靈敏度會迅速下降。對于典型的10kΩ熱敏電阻，靈敏度變化如下：
| 溫度 | 靈敏度 |
| -20 ℃ | 5600 Ω / ℃ |
| 25 ℃ | 439 Ω / ℃ |
| 50 ℃ | 137 Ω / ℃ |
溫度范圍和熱敏電阻選擇
為了理解實際熱敏電阻選擇取舍，考慮在圖3所示的系統(tǒng)框圖。該溫度系數(shù)顯示的溫度感測和顯示系統(tǒng)，如一個使用此處和其他溫度控制器。通過熱敏電阻強制恒定電流（10μA或100μA），然后測量電壓降來感測熱敏電阻的電阻。電壓被數(shù)字化，然后輸入到微處理器，計算電阻，并使用Steinhart-Hart方程來計算溫度。
所述溫度控制器使用小號一個23位的A / D轉(zhuǎn)換器在0測量范圍- 6V，從而導(dǎo)致每步大約0.7μV的A / D輸入電壓分辨率。由于熱敏電阻電阻是非線性的，所以實際的溫度測量分辨率也是非線性的。這種非線性使得溫度測量極限的定義變得復(fù)雜。
隨著熱敏電阻溫度的升高，其電阻和對溫度變化的敏感性也降低。這意味著每位的歐姆數(shù)減少，每A / D步數(shù)的度數(shù)增加。圖4說明了這種關(guān)系。的上部連接古爾示出了熱敏電阻電阻和電壓輸入到A / D，和用于確定該系統(tǒng)的低溫極限。的下部連接古爾示出了在每A / D轉(zhuǎn)換器步驟攝氏度系統(tǒng)測量分辨率，以及用于確定上限溫度。
溫度控制器的顯示分辨率為0.001 ℃ 。只要單個A / D比特對應(yīng)于小于0.001的變化℃ ，測量分辨率不顯音響著地影響該儀器的應(yīng)用程序。單個A / D步長對應(yīng)于大于0.001 ℃ 的變化的溫度如下：
| Sensi，ng電流 | Δ R / 0.001 ℃ | 10K Ω 熱敏電阻溫度。 |
| 10μA | 0.07 Ω | 64 ℃ |
| 100μA | 0.007 Ω | 132 ℃ |
在高于這些溫度的溫度下，單個A / D步長對應(yīng)于溫度變化大于0.001 ℃ ，儀器不能再檢測并測量溫度變化小于0.001 ℃ 。
隨著熱敏電阻溫度的降低，其電阻增加，同樣的電壓也增加。當(dāng)電壓超過A / D轉(zhuǎn)換器的最大輸入電壓時，達(dá)到實際的較低溫度限制。典型的低溫測量限值為：
| 感應(yīng)電流 | 抵抗性 | 10K Ω 熱敏電阻溫度。 |
| 10μA | 600000 Ω | -49 ℃ |
| 100μA | 60.000 Ω | -11 ℃ |
溫度控制器
使用典型的10 kΩ 熱敏電阻
結(jié)論
您選擇的熱敏電阻類型將主要取決于所需的工作溫度范圍。熱敏電阻RT曲線，如圖1所示，通常由熱敏電阻制造商提供，為熱敏電阻選擇提供了良好的指導(dǎo)。
熱敏電阻的有用溫度范圍通過改變感測電流而移動。的溫度范圍為溫度控制器，使用10千Ω 熱敏電阻，是由圖4中的中心處的水平桿示出，并且可以通過改變感測電流急劇偏移。
圖4提供了典型的10kΩ 熱敏電阻的數(shù)據(jù)，但是可以使用與其他熱敏電阻相同的方法。從圖中可以看出，對于大多數(shù)激光二極管冷卻應(yīng)用來說，10 kΩ 熱敏電阻通常是一個很好的選擇，從高于室溫到大約-40 ℃ 需要高穩(wěn)定性。
