PTC - Kaltleiter

Kaltleiter sind Halbleiterwiderstände, die temperaturabhängig sind. Kaltleiter haben einen positiven Temperaturkoeffizienten (TK) und werden deshalb auch PTC-Widerstände genannt (PTC = Positive Temperature Coefficient).
Bei dieser Art von Halbleiter erhält man durch die Gitteranordnung der Atome je ein freies Valenzelektron pro Atom. Diese Elektronen sind leicht beweglich. An einer Stromquelle angeschlossen, bewegen sich die freien Valenzelektronen zum Pluspol und bewirken die elektrische Leitfähigkeit.
Nahezu alle Metalle sind Kaltleiter, da sie bei niedrigeren Temperaturen besser leiten. PTCs bestehen aus polykristallinen Titanat-Keramik-Sorten, die mit Fremdatomen verunreinigt werden (Dotieren).

An einem Versuch kann das gezeigt werden:

Der Widerstandswert eines Drahtes wird über eine Strom- und Spannungsmessung bestimmt. Anschließend wird der Draht erhitzt und die Widerstandsbestimmung wiederholt.

Widerstandsbestimmung vor dem Erhitzen:

U = 0,5 V
I = 4 A
R = 0,125 Ω

Widerstandsbestimmung nach dem Erhitzen:

U = 1 V
I = 3 A
R = 0,33 Ω

Das Ergebnis dieses Versuchs ergibt, dass Kaltleiter im kalten Zustand einen kleinen Widerstand, also eine gute elektrische Leitfähigkeit haben. Beim Erhitzen nimmt die Leitfähigkeit ab, der Widerstand wird größer (vgl. Messergebnisse).

Das Diagramm beschreibt den Widerstandsverlauf in Abhängigkeit der Temperatur eines PTC-Widerstandes

Das Diagramm beschreibt den Widerstandsverlauf in Abhängigkeit der Temperatur eines PTC-Widerstandes.
Der Widerstandswert beginnt bei der Anfangstemperatur TA zu steigen. Dieser Punkt ist der Anfangswiderstand RA. Durch die Temperaturerhöhung werden Ladungsträger freigesetzt. Bis zur Nenntemperatur TN steigt der Widerstand nichtlinear an. Ab dem Nennwiderstand RN nimmt der Widerstand stark zu. Für die Widerstandszunahme ist die Sperrschichtbildung zwischen den Werkstoffkristallen verantwortlich. Bis zur Endtemperatur TE erstreckt sich der Arbeitsbereich des PTC.

Diagramm

Der PTC hat ab einer bestimmten Spannung eine relativ hohe Eigenerwärmung. Diese macht man sich für Messungen und in der Regeltechnik zu nutze. Vorher reagiert er wie ein ganz normaler linearer Widerstand. Er reagiert nur auf Fremderwärmung. Dieser Bereich ist im Diagramm etwas verbreitert dargestellt.

Schaltzeichen

Temperaturabhängiger Widerstand

Anwendungen

  • Flüssigkeitsniveaufühler (Flüssigkeit kühlt den eigenerwärmten PTC ab)
  • Temperaturregelung für eine Heizung
  • Leistungs-PTCs werden zum Schutz gegen Überstrom alternativ zu Schmelzsicherungen eingesetzt. Vorteil: Leistungs-PTCs sind reversibel.

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