7.9 Variable Widerstände
7.9.1 Heißleiter, NTC-Widerstände
7.9.1.1 Aufbau und Kennwerte
Bei bestimmten polykristallinen Mischkristallen aus Eisenoxiden, Nickeloxiden, Kobaltoxiden und Titanverbindungen werden mit steigender Temperatur immer mehr Elektronen aus ihren Verbindungen herausgelöst. Dadurch wird der Werkstoff immer leitfähiger und der Widerstand nimmt ab. Der Widerstand wird als Heißleiter oder NTC-Widerstand bezeichnet.
Das Verhalten des NTC-Widerstandes wird durch folgende Kennwerte angegeben:
Nennwiderstand R20
Temperaturkoeffizient α
Die Werte des Temperaturkoeffizienten liegen zwischen -0,02K-1 und -0,1K-1. Die Werte sind selbst wieder von der Temperatur abhängig, d.h. die Kennlinien sind keine Geraden, sondern gekrümmt.
7.9.1.2 Anwendung
Zur Anwendung kommen NTC-Widerstände bei Temperaturstabilisierungen für Halbleiterschaltungen, zur Herabsetzung des Einschaltstromes in Stromkreisen und als Temperaturfühler.
7.9.2 Kaltleiter, PTC-Widerstände
7.9.2.1 Aufbau und Kennwerte
Bei polykristallinen Titanat-Kermik-Sorten bilden sich mit zunehmender Temperatur Sperrschichten zwischen den Kristallen aus, die eine starke Erhöhung des Widerstandes verursachen. Der Widerstand wird als Kaltleiter oder PTC-Widerstand bezeichnet.
Für die Beschreibung des Verhaltens eines PTC-Widerstandes sind mehrere Kennwerte notwendig:
Nenntemperatur hN
Nennwiderstand RN
Endtemperatur hE
Endwiderstand RE
Temperaturkoeffizient α
Der Temperaturkoeffizient ist nur für den Arbeitsbereich des PTC-Widerstandes, der zwischen hN und hE liegt, gültig und kann, abhängig vom verwendeten Material, Werte zwischen 0,07K-1 und 0,5K-1 annehmen.
7.9.2.2 Anwendung
Im Betrieb muss man zwischen Fremderwärmung und Eigenerwärmung unterscheiden.
Bei der Fremderwärmung wird der PTC-Widerstand mit einer so geringen Spannung betrieben, dass er sich durch den dadurch ebenfalls geringen Strom nicht selbst erwärmt. Eine Widerstandsänderung wird daher nur durch eine Änderung der Umgebungstemperatur verursacht und der PTC-Widerstand stellt einen Temperaturfühler dar.
Bei der Eigenerwärmung wird eine so hohe Spannung angelegt, dass sich der PTC-Widerstand durch den hohen Strom erwärmt. Durch die Widerstandserhöhung wird der Strom durch den Widerstand reduziert und es stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein. Wird dieser durch zusätzliche Kühlung gestört, dann verringert sich der Widerstand. Diese Widerstandsänderung kann z.B. bei Füllstandmessungen verwendet werden.
7.9.3 Spannungsabhängige Widerstände, VDR
7.9.3.1 Aufbau
Bei einem spannungsabhängigen Widerstand ändert sich der Widerstandswert mit der anliegenden Spannung. Sie werden auch als VDR (VDR = Voltage Dependent Resistor) bezeichnet.
Hergestellt werden VDR aus Zinkoxid mit bestimmten Korngrößen. Das Zinkoxid wird mit einem keramischen Binder zu Scheiben oder Stäben gepresst. Diese Körper werden gesintert.
Zinkoxid ist ein polykristalliner Halbleiterwerkstoff. Zwischen den einzelnen Kristallen bilden sich Sperrschichten, die völlig unregelmäßig orientiert sind. Wird eine Spannung angelegt, dann werden die Sperrschichten abgebaut und der Widerstand nimmt mit steigender Spannung ab.
7.9.3.2 Anwendung
VDR kommen als Spannungsbegrenzer zum Einsatz. Sie werden dabei parallel zum zu schützenden Bauteil geschaltet und leiten Überspannungen ab.
Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Verformung von Signalen. Legt man an einen VDR eine sinusförmige Spannung, dann fließt durch ihn ein nichtsinusförmiger Strom. Diese Verformungseigenschaft kommt in der Impulstechnik, Fernsehtechnik und in der Steuer- und Regelungstechnik zum Einsatz.
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