​热敏电阻器是一种电阻值对温度极为敏感的电阻器，也被称为半导体热敏电阻器。热敏电阻器的工作原理基于半导体材料的电导率随温度变化的特性，其核心机制涉及载流子浓度与迁移率的变化。以下是详细解析：
一、半导体材料的基础特性
载流子类型：
半导体中存在两种载流子——电子（负电荷）和空穴（正电荷）。它们的浓度直接影响材料的导电性。
本征激发与掺杂效应：
本征半导体（如纯硅、锗）：温度升高时，价带电子获得能量跃迁至导带，形成电子-空穴对，载流子浓度增加。
掺杂半导体（如NTC热敏电阻常用材料）：通过掺入杂质（如锰、钴、镍等过渡金属氧化物），形成大量缺陷能级，进一步增强载流子浓度对温度的敏感性。
二、负温度系数（NTC）热敏电阻的工作原理
电阻值随温度升高而降低：
载流子浓度增加：温度升高时，半导体内部产生更多电子-空穴对，载流子数量显著上升。
导电性增强：载流子浓度增加导致电导率（σ）提高，电阻值（R）随之降低（R=1/σ）。
指数关系：NTC热敏电阻的阻值与温度呈指数衰减关系。
2. 微观机制：
能带结构变化：温度升高使半导体能带间隙缩小，电子更易从价带跃迁至导带。
散射效应减弱：高温下晶格振动加剧，但载流子浓度增加的效应超过散射导致的迁移率下降，整体导电性提升。
三、正温度系数（PTC）热敏电阻的工作原理
电阻值随温度升高而增大：
晶界效应：PTC热敏电阻通常由掺杂钛酸钡（BaTiO₃）等陶瓷材料制成。低温时，晶粒呈半导态，晶界处形成势垒，载流子可自由通过。
相变与势垒升高：温度升至居里点（Tc）时，材料发生铁电-顺电相变，晶界势垒急剧升高，载流子迁移受阻，电阻值骤增（可达数个数量级）。
自热效应：电流通过时，PTC热敏电阻因自身发热导致温度上升，进一步加剧电阻变化，形成正反馈机制。
应用场景：
PTC热敏电阻的突变特性使其适用于过流保护、电机启动、恒温加热等场景。例如，在电源电路中，当电流过大时，PTC电阻迅速发热并切断电路，防止设备损坏。
四、关键参数与特性
B值（材料常数）：
反映热敏电阻对温度的敏感程度，B值越大，阻值随温度变化越显著。NTC热敏电阻的B值通常在2000K至5000K之间。
温度系数（α）：
表示电阻值随温度变化的速率，NTC热敏电阻的α为负值（如-3%/℃至-6%/℃），PTC热敏电阻的α在居里点附近为正值且极大。
响应时间：
热敏电阻对温度变化的响应速度，取决于材料热容和散热条件，通常在毫秒至秒级。
五、应用实例
NTC热敏电阻：
温度传感器：用于空调、冰箱、电热水壶等家电的温度控制。
电池管理：监测锂电池温度，防止过充或过放。
医疗设备：在体温计、呼吸机中精确测量体温或气流温度。
PTC热敏电阻：
过流保护：在电源适配器、充电器中限制电流。
自恢复保险丝：电路过载时自动断开，故障排除后恢复导电。
恒温加热：用于电热毯、暖手宝等设备的温度控制。