NTC 分圧回路計算ツールのしくみ
NTC サーミスタを読むいちばん簡単な方法は分圧回路です。電源と GND の間にサーミスタと固定の直列抵抗を置き、中点を ADC 入力につなぎます。温度が変わるとサーミスタの抵抗が変わり、中点の電圧も変わります。
このツールは Beta モデルから NTC の抵抗を求め、出力電圧、1 度あたりの mV で表した傾き、ADC の 1 コードに相当する温度の刻みを計算します。動作温度だけでなく範囲全体で計算し、出力振幅が最大になる直列抵抗を提案します。
直列抵抗の選び方
2 つの温度の間の出力振幅は、直列抵抗がその温度での NTC 抵抗の幾何平均に等しいとき最大になります。10 kΩ、β 3950 のサーミスタを 0～100 °C で使う場合、R は 0 °C で 33.6 kΩ、100 °C で 698 Ω なので、最適な直列抵抗は約 4.84 kΩ、最寄りの標準値は 4.7 kΩ（E24）と 4.87 kΩ（E96）です。
直列抵抗を R₂₅、ここでは 10 kΩ にすると、25 °C での傾きは最も急になりますが、100 °C 側の振幅は小さくなります。範囲全体が大事なら幾何平均を、1 点が大事ならその温度での R を使ってください。
どちら向きに接続するか
NTC を GND 側に置くと温度上昇で出力が下がり、電源側に置くと上がります。分解能はどちらでも同じです。断線や短絡したセンサを判別できる向きを選びます。NTC を GND 側に置けば、開放したサーミスタは入力を電源側に、短絡は GND 側に引き、どちらも通常の範囲外になります。
分解能と ADC
ADC の 1 コードは基準電圧を 2^N で割った値です。これを傾きで割ると温度の刻みになり、例の 12 ビット変換器では 25 °C で 0.022 °C ですが、曲線が平らになる範囲の端では粗くなります。ツールは最も粗い点を示します。ADC が分圧回路の電源を基準電圧に使うとレシオメトリック測定になり、電源変動は相殺されます。その場合は基準電圧を空欄にしてください。
自己発熱
分圧回路を流れる電流はサーミスタを温めます。温度上昇は NTC の消費電力を熱放散定数で割った値で、データシートには静止空気中または測定時の取付け状態での値が mW/K で示されています。3.3 V、10 kΩ + 10 kΩ では NTC の消費は 272 µW、1.5 mW/K なら 0.18 K です。直列抵抗を大きくする、電源を下げる、測定時だけ分圧回路に通電する、といった方法で小さくできます。
抵抗と温度の関係そのものや Steinhart–Hart 係数には NTC サーミスタ計算ツール を使ってください。同じ変換器につなぐほかのセンサには ADC 分解能計算ツール があります。
よくある質問
電流を増やすために直列抵抗をごく小さくしてはいけませんか？
電流が増えると自己発熱も増え、小さな直列抵抗は振幅を電源の片側に寄せてしまいます。振幅は幾何平均のとき最大で、そこから離れると分解能が落ちます。
Beta モデルの精度は？
T₀ の近くでは実際のサーミスタによく合いますが、T₀ から離れるほどずれが大きくなり、0～100 °C では約 1 K に達することがあります。精度を求めるならファームウェアで Steinhart–Hart かメーカーの R–T 表を使い、このツールは回路設計に使ってください。
コンデンサを追加すべきですか？
ADC の近くで出力と GND の間にコンデンサを置くと、ADC のサンプリングコンデンサに電荷を供給し、ノイズを除去します。セトリングは アンチエイリアスフィルタ計算ツール で、分圧回路の並列抵抗を R として確認してください。