NTC-Widerstand: Eigenschaften und Anwendung

Funktionsweise der NTC-Widerstände einfach erklärt   

Heiß- oder Warmleiter sind elektronische Widerstände mit negativen Temperaturkoeffizienten (englisch negative temperature coefficient oder kurz NTC). Werden die Bauteile von Strom durchflossen, sinkt ihr Widerstand mit zunehmenden Temperaturen. Sinkt die Umgebungstemperatur (etwa in einer  Tauchhülse), reagieren die Bauteile hingegen mit einem steigenden Widerstand. Durch dieses besondere Verhalten sprechen Experten bei einem NTC-Widerstand auch von einem Heiß- oder Warmleiter.

Elektrischer Widerstand sinkt durch bewegliche Elektronen   

NTC-Widerstände bestehen aus Halbleiterwerkstoffen, deren Leitfähigkeit generell zwischen der von elektrischen Leitern und elektrischen Nichtleitern steht. Erwärmen sich die Bauteile, lockern sich Elektronen aus den Gitteratomen. Sie verlassen ihren Platz im Gefüge und transportieren Strom deutlich besser. Die Folge: Mit zunehmender Temperatur leiten Warmleiter Strom wesentlich besser – ihr elektrischer Widerstand sinkt. Die Bauteile kommen unter anderem als  Temperaturfühler  zum Einsatz, müssen dafür aber mit einer Spannungsquelle und einem Strommesser verschaltet sein.

Herstellung und Eigenschaften der Heiß- oder Warmleiter   

Ein NTC-Widerstand kann sehr schwach oder in bestimmten Bereichen sehr stark auf Veränderungen der Umgebungstemperaturen reagieren. Das spezifische Verhalten hängt dabei grundsätzlich von der Herstellung der Bauteile ab. So passen Produzenten das Mischungsverhältnis von Oxiden oder die Dotierung der Metalloxide an die gewünschten Bedingungen an. Aber auch mit dem Herstellungsprozess selbst lassen sich die Eigenschaften der Bauteile beeinflussen. So zum Beispiel durch den Sauerstoffgehalt in der Brennatmosphäre oder die individuelle Abkühlgeschwindigkeit der Elemente.

Verschiedene Materialien für einen NTC-Widerstand  

Damit Warmleiter ihr charakteristisches Verhalten zeigen, kommen reine Halbleitermaterialien, Verbindungshalbleiter oder metallische Legierungen zum Einsatz. Letztere bestehen in der Regel aus Metalloxiden (Verbindungen aus Metallen und Sauerstoff) von Mangan, Nickel, Kobalt, Eisen, Kupfer oder Titan. Die Materialien werden mit Bindemitteln versetzt, gepresst und gesintert. Dabei erhitzen Hersteller die Rohstoffe unter hohem Druck so stark, dass Werkstücke mit den gewünschten Eigenschaften entstehen.

Typische Kennwerte der Warmleiter im Überblick

Den NTC-Widerstand gibt es in Bereichen von einem Ohm bis zu 100 Megaohm. Die Bauteile lassen sich von Minus 60 bis Plus 200 Grad Celsius einsetzen und erreichen Toleranzen von 0,1 bis 20 Prozent. Geht es um die Auswahl eines Warmleiters, sind dabei verschiedene Kennwerte zu berücksichtigen. Einer der wichtigsten ist der Nennwiderstand. Er gibt den Widerstandswert bei einer vorgegebenen Nenntemperatur (in der Regel 25 Grad Celsius) an und wird mit einem großen R sowie der Temperatur gekennzeichnet. Also zum Beispiel R25 für den Widerstandswert bei 25 Grad Celsius. Relevant ist darüber hinaus auch das spezifische Verhalten bei unterschiedlichen Temperaturen. Dieses lässt sich mit Tabellen, Formeln oder Grafiken angeben und muss unbedingt zum gewünschten Anwendungsfall passen. Weitere Kennwerte der NTC-Widerstände beziehen sich auf die Toleranzen sowie bestimmte Temperatur- und Spannungsgrenzen.

Verschiedene Einsatzbereiche für einen NTC-Widerstand 

Genau wie ein PTC-Widerstand eignet sich auch ein NTC-Widerstand zur Temperaturmessung. So ändert sich der Widerstandswert in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur. Um die Ergebnisse nicht zu verfälschen, ist die Eigenstromerwärmung dabei jedoch bestmöglich zu begrenzen. Ausnutzen lässt sich die Eigenerwärmung bei Stromfluss jedoch für die Einschaltstrombegrenzung. Denn der NTC-Widerstand ist nach dem Einschalten elektrischer Geräte kalt, sodass erst einmal nur wenig Strom fließt. Nach einiger Zeit in Betrieb erwärmt sich der Warmleiter, wobei der elektrische Widerstand sinkt und mehr Strom fließt. Elektrische Geräte erreichen ihre volle Leistung auf diese Weise mit einer gewissen Zeitverzögerung.