家用电器中除了采用普通电阻器外,还常用一些敏感电阻器(如热敏电阻器、压敏电阻器、光敏电阻器等)。本文介绍几种在家用电器中广泛应用的敏感电阻器。
一、NTC负温度系数热敏电阻器
NTC是英文Negative Temperature Coefficient 的缩写,其含义为负温度系数。NTC热敏电阻器是采用电子陶瓷工艺制成的热敏半导体陶瓷组件,它的电阻值随温度升高而降低,利用这一特性可制成测温、温度补偿和控温组件,又可以制成功率型组件,抑制电路的浪涌电流(这是由于NTC热敏电阻器有一个额定的零功率电阻值,当其串联在电源回路中时,就可以有效地抑制开机浪涌电流,并且在完成抑制浪涌电流作用以后,利用电流的持续作用,将NTC热敏电阻器的电阻值下降到非常小的程度)。NTC热敏电阻器具有多种封装形式,能够很方便地应用到各种电路中。常见的NTC热敏电阻器实物如图1所示。

NTC热敏电阻器的种类繁多,形状各异。负温度系数热敏电阻器的型号由四部分组成,其中M表示敏感组件,F表示负温度系数热敏电阻器。有些厂家的产品,在序号之后又加了一个数字,如MF54-1,这个“-1”也属于序号,通常叫“派生序号”,其标准由各厂家自己定制。
NTC热敏电阻器适用于转换电源、开关电源、UPS电源、各类电加热器、电子节能灯、温度控制电路、电源电路的保护以及彩色显像管、白炽灯及其他照明灯具的灯丝保护电路中。
二、PTC正温度系数热敏电阻器
PTC是英文Positive Temperature Coefficient的缩写,其含义为正温度系数。PTC热敏电阻器是一种在钛酸钡(BaTiO3)固溶体中掺入微量稀土元素,用陶瓷工艺法制成组件体,再引出电极和导线,并用树脂密封而成的高技术半导体功能陶瓷材料。PTC热敏电阻器具有电阻值随着温度变化而变化的特性,特别是在居里温度点附近电阻值跃升有3~7个数量级。
PTC热敏电阻器最基本的特性是电阻温度特性及电压-电流特性与电流-时间特性,它已广泛应用于工业电子设备、汽车及家用电器等产品中,以达到自动消磁、过热过流保护,电机启动、恒温加热、温度补偿、延时等作用。
PTC热敏电阻器主要就是利用半导体器件的PTC特性进行工作的(图2)。当温度在某一特定值时,即A点(居里点)以下时,电阻率呈下降趋势,变化甚微;若达到居里点温度再升高,PTC组件的电阻率突变,呈指数曲线上升。改变钛酸钡中掺入的稀土元素的成分和数量,即可改变居里点温度的高低。

PTC热敏电阻器在电源接通1~2秒后,即呈高阻状态,温度高于65℃左右发生转折;断开电源后,要经过1.5~2分钟才能冷却到低阻状态。因此,彩电、电冰箱电路利用它实现过压、过流、过载保护来延长仪器使用寿命,同时加强了安全防护。常见的PTC热敏电阻器实物如图3所示。

由于热敏电阻器对温度的敏感性高,所以不宜用万用表来测量它的阻值。因为万用表的工作电流比较大,流过热敏电阻器时会发热而使阻值改变。但用万用表可简易判断热敏电阻器能否工作:将万用表拨到欧姆挡(视标称电阻值定挡位),用鳄鱼夹代替表笔分别夹住热敏电阻器的两引脚,记下此时的阻值;然后用手捏住热敏电阻器,观察万用表,此时会看到显示的数据(指针会慢慢移动)随着温度升高而改变,这表明电阻值在逐渐改变(负温度系数热敏电阻阻值会变小,正温度系数热敏电阻阻值会变大),当阻值改变到一定数值时,显示数据会逐渐稳定。若环境温度接近体温时,可用电烙铁或者开水杯靠近或紧贴热敏电阻器进行加热,同样会看到阻值改变。这样,则可证明这只热敏电阻器是好的。
PTC消磁热敏电阻器检测示意图见图4,NTC热敏电阻器检测示意图见图5。
用万用表检测负温度系数热敏电阻器时,需要注意如下几点:
(1)万用表内的电池必须是新换不久的,而且在测量前应调好欧姆零点。
(2)普通万用表的电阻挡由于刻度是非线性的,为了减少误差,读数方法正确与否很重要,即读数时视线正对着表针。若表盘上有反射镜,眼睛看到的表针应与镜子里的影子重合。
(3)热敏电阻器上的标称阻值,与万用表的读数不一定相等,这是由于标称阻值是用专用仪器在25℃的条件下测得的,而万用表测量时有一定的电流通过热敏电阻器而产生热量,而且环境温度不可能正好是25℃,所以不可避免地会产生误差。
三、压敏电阻器
压敏电阻器是利用半导体材料的非线性特性制成的一种特种电阻器。当压敏电阻器两端施加的电压达到某一临界值(压敏电压)时,压敏电阻器的阻值就会急剧变小。
压敏电阻器的种类很多,按其结构可分为:体型压敏电阻器,它的伏安特性的非线性主要是由电阻体本身的半导体性质形成的;结型压敏电阻器,它的非线性主要由电阻体与金属电极间的非欧姆接触形成的;膜状压敏电阻器等。按其材料来分类,可分为氧化锌压敏电阻器、碳化硅压敏电阻器、金属氧化物压敏电阻器等。
氧化锌压敏电阻器又称“突波接收器”,是一种具有电压电流对称特性的压敏电阻器。它主要的设计是用来保护所有的电子产品或组件免于受开关或雷击诱发所发生的突波影响,而其非线性指数的特性与广泛的应用范围以及可以量产等优点,已逐渐地被应用在各种不同领域的电子工程方面。
压敏电阻器在休息状态(非击穿状态)时,相对于受保护的电子器件而言,具有很高的阻抗(数兆欧姆),对原设计电路没有影响,但当有瞬间突波电压(超过压敏电阻器的击穿电压)出现时,该压敏电阻器的阻抗会迅速变低(仅有几欧姆),从而使原电路短路,保护电子产品或组件。常见的压敏电阻器实物如图6所示。
检测压敏电阻器,应使用万用表电阻挡的最高挡位。常温下压敏电阻器的两引脚阻值应为无穷大,数字表显示屏将显示溢出符号“1”,如图7所示。若有阻值,就说明该压敏电阻器的击穿电压低于万用表内部电池的9V(或15V)电压(这种压敏电阻器很少见)或者已经击穿损坏。

四、光敏电阻器
光敏电阻器是根据半导体的光电效应的原理制成的一种特种电阻器。用来制作光敏电阻器的典型材料有硫化镉(CdS)及硒化镉(CdSe)两种。光敏电阻器中的CdS或CdSe沉积膜面积越大,其受光照后的阻值变化也越大,故通常将沉积膜做成“弓”字形,以增大其面积。常见的光敏电阻器实物如图8所示。

其中对可见光敏感的硫化镉光敏电阻器是最有代表性的一种。光敏电阻器在使用时,可以加直流偏压,也可以加交流偏压,它的电流随电压呈线性变化。光敏电阻器工作时的响应速度较慢(如CdSe光敏电阻器的响应时间约为10ms,CdS光敏电阻器的响应时间约为100ms),因此,光敏电阻器通常都工作于直流或低频状态下。
光敏电阻器受光照后,其阻值会变小。光敏电阻器在无光照的时候,其暗电阻的阻值一般大于1500kΩ,在有光照的时候,其亮阻的阻值为几千欧,两者的差距较大。
光敏电阻器的主要特点是灵敏度高、体积小、重量轻、电性能稳定,可以交直流两用,而且工艺简单,价格便宜,因此,近年来被广泛应用于照相机闪光控制、光电自动控制、光电耦合、光电自动检测、电子光控玩具、自动灯开关及各类可见光波段光电控制、测量场合。
CdSe光敏电阻器的感光特性曲线与人眼最为接近,因此,CdSe光敏电阻器比较适合用于照相机曝光表、空气烟尘检测器等可见光装置。
检测光敏电阻器时,应将万用表的电阻挡挡位开关根据光敏电阻的亮电阻阻值大小拨至合适的挡位( 通常在20kΩ或者200kΩ挡均可)。先测量光敏电阻器在有光照时的电阻值,然后用一块遮光的厚纸片将光敏电阻器覆盖严密,若光敏电阻器是正常的,则就会因无光照而阻值剧增,如图9所示;若光敏电阻器变质或损坏,则阻值就会变化很小或者不变。另外,在有光照时,若测得光敏电阻器的阻值为零或者为无穷大(数字万用表显示溢出符号“1”或者“OL”),也可判定该产品损坏(内部短路或开路)。

光谱特性不同的光敏电阻器(例如可见光光敏电阻器、红外光光敏电阻器、紫外光光敏电阻器)即使阻值范围相同,也不能相互代换。
文/赵理科