Mungkin anda pernah mendengar istilah thermistor. Termistor secara sederhana adalah resistor yang mengalami perubahan ketika terjadi perubahan suhu. Thermistor sendiri dibagi menjadi PTC dan NTC. Pada artikel kali ini, kita akan membahas lebih jauh apa itu PTC, apa saja jenis-jenisnya, bagaimana karakteristiknya, serta pengaplikasiannya dalam kehidupan sehari-hari.
Apa itu Thermistor PTC?
PTC adalah singkatan dari Positive Temperature Coefficient atau Koefisien Suhu Positif. Termistor PTC adalah resistor dengan koefisien suhu positif, yang berarti bahwa tingkat resistansinya akan meningkat seiring dengan meningkatnya suhu.
Toleransi untuk thermistor PTC biasanya sekitar 50%, hal ini membuatnya tidak dapat memberikan pembacaan suhu dengan akurasi yang baik tanpa kalibrasi yang akurat. Termistor PTC memang bukanlah pilihan pertama untuk melakukan pengindraan suhu, tetapi termistor PTC dapat digunakan di rangkaian tertentu. Misalnya saja, termistor PTC bisa sangat berguna pada rangkaian untuk aplikasi di mana ingin mengurangi aliran arus saat terjadi peningkatan suhu.
Simbol yang digunakan pada standar IEC untuk thermistor suhu positif adalah sebagai berikut.
Jenis-jenis Thermistor PTC
Berdasarkan bahan yang digunakan, strukturnya, dan proses pembuatannya, termistor PTC dapat dibagi menjadi dua kelompok. Kelompok pertama adalah termistor PTC yang terdiri dari silikat, yang menggunakan silikon sebagai bahan semikonduktor nya. PTC jenis ini digunakan sebagai sensor suhu PTC berdasarkan karakteristik liniernya.
Kelompok yang kedua adalah termistor PTC tipe switching. Thermistor PTC tipe switching memiliki kurva suhu resistansi yang sangat nonlinier. Ketika termistor PTC tipe switching dipanaskan, resistansinya mulai menurun pada awalnya, sampai suhu kritis tertentu tercapai. Ketika suhu semakin meningkat di atas nilai kritis tersebut, resistansinya akan meningkat secara drastis. Termistor PTC jenis ini banyak digunakan pada pemanas PTC, sensor, dll. Thermistor PTC polimer, yang terbuat dari plastik khusus, adalah salah satu contoh dari kelompok ini dan sering digunakan sebagai sekring yang dapat disetel ulang.
Baca juga: Pengertian NTC: Cara kerja, Simbol, Karakteristik Dan Aplikasnya
Karakteristik Thermistor PTC
Silikat memiliki karakteristik suhu resistansi yang linier, dengan kemiringan yang relatif kecil terhadap sebagian besar rentang operasionalnya. Silikat akan menunjukkan koefisien suhu negatif pada suhu di atas 150 °C. Silikat memiliki koefisien temperatur resistansi sekitar 0,7 hingga 0,8% / °C.
Sedangkan thermistor PTC switching biasanya terbuat dari bahan keramik polikristalin yang sangat resistif dalam bentuk aslinya dan dibuat semi-konduktif dengan penambahan dopan. Termistor PTC jenis ini sebagian besar digunakan sebagai pemanas PTC mandiri. Suhu transisi sebagian besar thermistor PTC switch yang digunakan adalah antara 60 dan 120 °C. Namun, ada beberapa perangkat aplikasi yang diproduksi khusus yang dapat switch pada suhu 0 °C atau 200 °C.
Suhu Transisi (Tc) dan R25
Seperti dapat dilihat pada gambar di atas, thermistor PTC switching memiliki koefisien suhu yang sedikit negatif hingga titik resistansi minimum. Di atas titik resistansi minimum, PTC akan mengalami koefisien yang sedikit positif hingga mencapai suhu transisi (TC).
Suhu ini juga kadang-kadang disebut sebagai switch atau suhu Curie. Sementara itu, suhu switch adalah suhu di mana resistansi termistor PTC tipe switching mulai meningkat dengan cepat. Suhu Curie secara umum didefinisikan sebagai suhu di mana resistansinya memiliki nilai dua kali lipat dibanding nilai resistansi minimum.
Nilai resistansi PTC biasanya merujuk pada resistansi PTC di suhu 25 °C (R25). Ini berfungsi untuk mengklasifikasikan thermistor menurut nilai resistansinya. Resistansi ini diukur dengan arus yang cukup rendah sehingga tidak cukup memanaskan termistor untuk mempengaruhi pengukurannya.
Mode Operasi
Tergantung pada aplikasinya, thermistor PTC dapat digunakan dalam dua mode operasi, yaitu pemanasan mandiri dan pengindraan (disebut juga daya nol).
Mode Pemanasan Mandiri
Aplikasi yang dipanaskan mandiri memanfaatkan fakta bahwa ketika tegangan diterapkan ke termistor dan arus yang cukup mengalir melaluinya, suhunya akan meningkat. Saat suhu Curie didekati, resistansinya akan meningkat secara dramatis, memungkinkan arus yang mengalir jauh lebih sedikit.
Perubahan resistansi di dekat suhu Curie bisa beberapa kali lipat dalam rentang suhu hanya beberapa derajat. Jika tegangan tetap konstan, arus akan stabil pada nilai tertentu saat thermistor mencapai kesetimbangan termal. Suhu kesetimbangan tergantung pada tegangan yang diberikan, serta faktor disipasi termal termistor. Mode operasi ini sering digunakan ketika merancang rangkaian waktu delay yang bergantung pada suhu.
Mode Pengindraan (Daya Nol)
Dalam mode operasi ini, konsumsi daya termistor sangat kecil sehingga memiliki efek yang dapat diabaikan pada suhu thermistor dan resistansi, berbeda dengan mode pemanasan sendiri. Mode pengindraan biasanya digunakan saat mengukur suhu menggunakan kurva R-T sebagai referensi.
Sifat dan Konstruksi PTC
Silikat bergantung pada sifat umum silikon yang didoping dan menunjukkan karakteristik suhu-resistansi yang mendekati linier. Silikat diproduksi dari wafer silikon berkualitas tinggi murni, dibuat dalam berbagai bentuk. Kurva resistansi suhunya tergantung pada jumlah doping yang digunakan.
Termistor PTC tipe switching terbuat dari bahan polikristalin. PTC jenis ini sering dibuat menggunakan campuran barium karbonat, titanium oksida dan aditif seperti tantalum, silika dan mangan. Bahan-bahan digiling, dicampur, dikompresi menjadi disk atau bentuk persegi panjang dan disinter. Setelah itu, kontak ditambahkan, dan dilapisi atau dibungkus. Proses manufaktur membutuhkan kontrol bahan dan impuritas yang sangat hati-hati. Karena kontaminasi hanya beberapa bagian per juta dapat menyebabkan perubahan besar dalam sifat termal dan listriknya.
Polimer PTC terbuat dari sepotong plastik dengan butiran karbon tertanam di dalamnya. Saat perangkat dingin, butiran karbon bersentuhan satu sama lain, membentuk jalur konduktif melalui perangkat. Saat perangkat memanas, plastik mengembang dan butiran bergerak lebih jauh, meningkatkan resistansi total dari perangkat tersebut.
Aplikasi Thermistor PTC
Ada banyak kegunaan PTC, namun kami akan hanya membahas sedikit. Berikut beberapa contoh aplikasi dari fungsi thermistor PTC:
1. Pemanas Mandiri
Termistor PTC ini sering dibuat dari keramik dalam berbagai bentuk dan ukuran. Oleh karena fleksibilitas desainnya, pemanas keramik PTC adalah pilihan yang tepat untuk menyediakan panas listrik yang terkontrol. Untuk meningkatkan perpindahan panas, elemen pemanas keramik dapat dipasang pada heat sink atau kisi aluminium.
2. Alat Pelindung Arus Berlebih
Thermistor PTC switch digunakan sebagai pembatas arus berlebih atau sekring yang dapat disetel ulang di berbagai sirkuit. Biasanya termistor PTC polimer digunakan untuk aplikasi ini.
3. Waktu Delay
Contoh penggunaan waktu delay untuk termistor PTC adalah penggunaannya dalam lampu neon. Pemanasan awal elektroda memperpanjang masa pakai lampu secara signifikan, itulah sebabnya termistor PTC digunakan di rangkaian semacam ini.
4. Pengindraan Level Cairan
Aplikasi ini bergantung pada perubahan konstanta disipasi ketika perpindahan panas konduksi dan konveksi meningkat. Peningkatan konstanta disipasi, yang dihasilkan dari kontak antara perangkat dan cairan atau peningkatan aliran udara di atas perangkat akan menurunkan suhu operasi thermistor. Hal ini akan meningkatkan jumlah daya yang dibutuhkan untuk mempertahankan suhu tertentu. Peningkatan daya dapat diukur dan dapat menunjukkan kepada sistem bahwa termistor, misalnya, direndam dalam cairan.
