Sunday, Dec 08th

Last update05:45:25 PM GMT

主頁 機械人資訊 ROBOT 電子教室 保護元件知多少

保護元件知多少

E-mail Print

在我們的日常生活中許多電器及電子產品都使用了保險絲或保護元件,作用是保護產品及避免造成危險。因為產品對消費者造成危險時,製造商很可能被追討巨額賠 償,更要付出高昂的回收成本。保護元件主要功能是保護電子產品的迴路、主要元件及IC等,當電流或電壓出現不正常狀況時,能夠自動終斷供電或自動將過高電 壓降至安全值,以防止產品的零件受到損壞及火警發生,概念有點類似保險絲的功能。 過電流保護(熱敏電阻)

 

保護元件以功能可區分為過電流保護(熱敏電阻)及過電壓保護(壓敏電阻)。雖然性質不同,但它們的功用都是保護電子產品的零件。

熱 敏電阻(Thermistor,Thermal Resistor的縮寫)很類似保險絲,主要功能都是提供斷電功能,但分別在於,保險絲在電流過大而斷電後,即無法恢復通電功能,需要更換新的保險絲;熱 敏電阻因電流異常而斷電後,若電流及溫度再次回復正常,即會自動恢復通電功能,不必更換零件。可重複使用及自動回復通電功能,體積細小亦是過電流保護元件 優點。但保險絲也有可取之處,低成本和高低電壓產品皆適用是其優點。

熱敏電阻是一種電阻值對溫度極為敏感的半導體元件,它可分為正溫度係數(PTC, Positive Temperature Coefficient)熱敏電阻及負溫度係數(NTC, Negative Temperature Coefficient)熱敏電阻兩種。

PTC熱敏電阻的特性是當電流或環境溫度升高時,其電阻值會上升,從而限制異常電流通過。PTC熱敏電阻依其所使用原料可分為陶瓷正溫度係數(Ceramic PTC)熱敏電阻及高分子正溫度係數(Polymeric PTC)熱敏電阻兩類。


圖 2 CPTC 熱敏電阻
圖 3 PPTC熱敏電阻

( 圖 2 ) CPTC熱敏電阻是由鈦酸鋇、二氧化鈦等材料添加少量稀土元素經高溫燒結製成,這種元件於某段廣泛溫度範圍會維持穩定的低電阻值,直至溫度高於材料的居裏溫度(Curie Temperature)時,其阻值會大幅增加。

( 圖 3 ) PPTC熱敏電阻主要是由聚乙稀(Polyethylene)及具導電性的碳黑微粒所製成。當有過大電流流過該器件時,它會因發熱而膨脹;其膨脹將使碳微 粒分散開,令其阻抗增加。這使器件更快地發熱並膨脹得更大,進一步增加了阻抗,使電路中的電流明顯地減少。當電源和故障解除後,它將收縮到其原來的形狀, 並返回低阻抗水平。

雖然PPTC熱敏電阻與CPTC熱敏電阻都是可重複使用的過電流保護元件,但PPTC 器件就較細小且有更低的阻抗,對故障事件的反應時間亦比CPTC的快得多。

NTC熱敏電阻的特性正好和PTC的相反。當它處於較高溫度的時候,它的阻值隨即遞減;但處於較低的溫度時,其阻值則會提高。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬 氧化物?主要材料,採用陶瓷工藝製造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導體性質,因?在導電方式上完全類似鍺、矽等半導體材料。在溫度低時,這些氧化物 材料的載流子(電子和電洞)數目較少,所以電阻值較高;隨著溫度的提升,載流子數目會增加,令電阻值下降。
由於NTC熱敏電阻其溫度係數非常大,所以可以檢知微小的溫度變化,因此被廣泛應用在溫度的量測控制與補償。

 


( 圖 4 ) NTC熱敏電阻

過電壓保護(壓敏電阻)

壓敏電阻(Varistor)主要功能為過電壓保護,當電子產品的電子迴路出現異常過高電壓或者是靜電時,壓敏電阻會將過高的電壓降低至安全標準值,以防止主要的元件及IC損壞。

壓敏電阻主要由氧化鋅、氧化鉍等金屬氧化物燒結而成的非線性元件。其特性是當電路超過一定電壓時,其阻值將瞬間極小化。當突波來臨時,將使突波電流從元件本身通過並接地,避免其他元件受突波侵害,並有效減少雜訊幹擾,使電器能正常運作。

由 於它能保護電子產品或元件免於受開關或雷擊誘發所產生之突波的影響,加上體積小,反應速度快的優點。因此壓敏電阻被廣泛應用於手提電子器材、量度設備、操 控設備,家庭電子用品、視聽器材及其它電子設備。電子產品使用上它亦較熱敏電阻多,例如一支手機約使用一顆熱敏電阻,但壓敏電阻可能用上8至40顆。

溫度傳感器

光 敏電阻器(Light Dependent Resistor)主要由硫化鎘(CdS)或硒化鎘(CdSe)等材料製成,這些材料有一個特點,當受到光線照射後,它的電阻值會降低。因為光源能夠使材 料裡的電子脫離原子成為自由電子,而自由電子的增加,會提高材料的導電性,使它的電阻值下降。


近年來仿生的人型機械人發展迅速,日本已開發出表面密佈傳感器的人造電子皮膚,能感知外在物體的壓力。不久將來機器人的皮膚將和人的皮膚一樣有感覺,如果 在機械人的指尖上覆蓋這種人造電子皮膚,機械人就可以和人一樣有很靈敏的觸覺。若將壓力傳感器換成溫度傳感器,那麼機械人就能感知溫度的變化。


溫度傳感器
溫度傳感器

Back