Qu’est-ce qu’une thermistance CTN ?
Les thermistances CTN sont des composants électroniques dont la résistance diminue lorsque la température augmente.
CTN signifie coefficient de température négatif, c’est-à-dire qu’il existe une corrélation négative entre la température et la résistance. Thermistor est dérivé du terme Thermal Sensitive Resistor (résistance sensible à la chaleur). Il s’agit d’un composant capable de mesurer la température à partir de la différence de résistance électrique lorsqu’un élément résistif est mis en contact avec l’objet à mesurer. L’élément résistif est caractérisé par l’utilisation de semi-conducteurs à oxyde métallique.
Les thermistances CTN sont les plus polyvalentes de toutes les thermistances car les matériaux sont peu coûteux et faciles à mettre en œuvre. Ce sont des thermistances de haute précision, leur valeur de résistance varie même en cas de changements de température infimes. Elles sont largement utilisés dans les appareils ménagers familiers et les équipements industriels.
Elles détectent les différences de résistance et sont utilisés comme capteurs de température. Il existe des types de thermistances à plomb, à puce, à disque et à couche mince.
Utilisations des thermistances CTN
En raison de leurs caractéristiques peu coûteuses, les thermistances CTN sont utilisées dans un large éventail de secteurs, de l’industrie aux appareils ménagers. Elles sont principalement utilisées comme capteurs de température, dont voici quelques exemples :
- Détection de la température interne dans les smartphones
- Réduction du courant d’appel dans les cartes électroniques
- Mesure de la température dans les thermomètres électroniques
- Surveillance de la température du moteur dans les aspirateurs
- Détection de la température dans les réfrigérateurs
1. Application aux smartphones
Les smartphones utilisent des composants sensibles à la chaleur et des composants dont la précision est dégradée par la chaleur. Il est donc important d’empêcher l’accumulation de chaleur. C’est là que la thermistance CTN détecte les changements de température interne et transmet l’information au circuit intégré. Outre la mesure de la température ambiante, elle sert de protection contre la température pour protéger les circuits de la surchauffe, afin de stabiliser les circuits et d’éviter les pannes.
2. Réduction du courant d’appel
Dans les équipements électriques et électroniques, un courant important peut temporairement circuler au-dessus de la valeur du courant en régime permanent lorsque l’alimentation est mise sous tension. Ce courant est appelé courant d’appel. Parmi les causes possibles des courants d’appel, l’on peut citer la charge initiale des condensateurs de grande capacité.
La valeur de résistance élevée des thermistances CTN à basse température peut être utilisée pour supprimer le courant d’appel lors de la mise sous tension. Lorsque la température de la thermistance augmente en raison de la charge de courant, la valeur de résistance diminue et la puissance diminue également.
Comme l’augmentation de la température due à la mise sous tension entraîne une diminution de la valeur de la résistance, les pertes de puissance peuvent être réduites par rapport à l’utilisation de résistances fixes. Les thermistances CTN sont donc utilisées comme ICL (Inrush Current Limiters) pour protéger les circuits des équipements électriques et électroniques en limitant les courants d’appel de manière simple et efficace.
3. Circuits de mesure de la température
Les thermistances CTN sont largement utilisées dans les circuits de mesure de la température. Comme le composant détecte les changements de température par des changements de résistance, il est souvent utilisé en combinaison avec d’autres résistances. La configuration de circuit la plus couramment utilisée consiste à connecter la thermistance à une source de tension constante par l’intermédiaire d’une résistance de type “pull-up” ou “pull-down”.
Principe des thermistances CTN
Le composant principal des thermistances CTN est la céramique : les thermistances CTN ont des électrodes attachées à des céramiques semi-conductrices faites d’oxydes mélangés et frittés de manganèse, de nickel et de cobalt. En fonction de la substance dopante, il existe des semi-conducteurs de type N et de type P.
Normalement, le taux de transfert des électrons libres et des trous diminue lorsque la température augmente. Cependant, dans les thermistances CTN, les électrons de la bande de valence reçoivent de l’énergie thermique et se déplacent dans le conducteur. Le taux d’augmentation des électrons libres et des trous dans le conducteur est supérieur au taux d’augmentation des électrons libres et des trous, ce qui se traduit par une résistance plus faible. Les thermistances CTN se caractérisent par une diminution progressive de la résistance.
Pour fabriquer des thermistances CTN, les oxydes bruts sont mélangés pour obtenir une consistance uniforme et cuits temporairement à une température comprise entre 800°C et 1 000°C. Ils sont ensuite broyés, les grains étant ensuite séparés. Ils sont ensuite broyés, la taille des grains est augmentée jusqu’à une taille adaptée au moulage, puis moulés dans la forme finale et cuits à 1 300-1 500 °C. Enfin, les électrodes sont formées et le produit est recouvert d’une résine époxy.
Choisir une thermistance CTN
Les thermistances CTN sont sélectionnées en fonction de l’utilisation, des dimensions, de la constante B et de la valeur de résistance : utilisations dans le secteur automobile, domaine du montage sur carte électronique, etc. La sélection dépend de la situation de montage et des dimensions.
La constante B est la pente de la valeur de résistance par rapport au changement de température et varie en fonction de la distribution des matériaux de la thermistance CTN ; plus la constante B est grande, plus le changement de résistance avec la température est important. Par conséquent, les produits ayant une constante B élevée sont très sensibles, tandis que ceux ayant une constante B faible sont moins sensibles.
Les valeurs de résistance sont les valeurs de résistance normales à température ambiante (25°C). En général, les produits ayant une faible valeur de résistance sont sélectionnés pour les environnements à basse température, tandis que les produits ayant une valeur de résistance élevée sont sélectionnés pour les environnements à haute température.