NTC 분압 회로 계산기의 원리
NTC 서미스터를 읽는 가장 간단한 방법은 분압 회로입니다. 전원과 GND 사이에 서미스터와 고정 직렬 저항을 두고, 중간점을 ADC 입력에 연결합니다. 온도가 바뀌면 서미스터의 저항이 바뀌고, 그에 따라 중간점 전압도 바뀝니다.
이 계산기는 Beta 모델로 NTC 저항을 구한 뒤, 출력 전압, 1도당 mV로 나타낸 기울기, ADC 1코드에 해당하는 온도 간격을 계산합니다. 동작 온도와 범위 전체에서 계산하며, 출력 진폭이 가장 큰 직렬 저항을 제안합니다.
직렬 저항 고르기
두 온도 사이의 출력 진폭은 직렬 저항이 그 온도에서의 NTC 저항의 기하 평균과 같을 때 가장 큽니다. 10 kΩ, β 3950 서미스터를 0~100 °C에서 쓰면 R은 0 °C에서 33.6 kΩ, 100 °C에서 698 Ω이므로 최적의 직렬 저항은 약 4.84 kΩ이고, 가장 가까운 표준값은 4.7 kΩ(E24)와 4.87 kΩ(E96)입니다.
직렬 저항을 R₂₅, 여기서는 10 kΩ으로 하면 25 °C에서 기울기가 가장 가파르지만 100 °C 쪽 진폭은 줄어듭니다. 범위 전체가 중요하면 기하 평균을, 한 지점이 중요하면 그 온도에서의 R을 쓰세요.
어느 방향으로 연결할까
NTC를 GND 쪽에 두면 온도가 오를 때 출력이 내려가고, 전원 쪽에 두면 올라갑니다. 분해능은 어느 쪽이든 같습니다. 단선이나 단락된 센서를 알아볼 수 있는 방향을 고르세요. NTC를 GND 쪽에 두면 열린 서미스터는 입력을 전원 쪽으로, 단락은 GND 쪽으로 끌어당기며, 둘 다 정상 범위 밖입니다.
분해능과 ADC
ADC 1코드는 기준 전압을 2^N으로 나눈 값입니다. 이를 기울기로 나누면 온도 간격이 되며, 예의 12비트 변환기에서는 25 °C에서 0.022 °C이지만 곡선이 평평해지는 범위 양 끝에서는 거칠어집니다. 계산기는 가장 거친 지점을 보여 줍니다. ADC가 분압 회로 전원을 기준 전압으로 쓰면 비율 측정이 되어 전원 변동이 상쇄되며, 이때는 기준 전압을 비워 두세요.
자기 발열
분압 회로의 전류는 서미스터를 데웁니다. 온도 상승은 NTC 소비 전력을 열 방산 상수로 나눈 값이며, 데이터시트는 이를 정지 공기 또는 측정 시 설치 조건에서의 mW/K로 줍니다. 3.3 V, 10 kΩ + 10 kΩ에서 NTC는 272 µW를 소비하며, 1.5 mW/K라면 0.18 K입니다. 직렬 저항을 키우거나, 전원을 낮추거나, 측정할 때만 분압 회로에 전원을 넣으면 줄어듭니다.
저항과 온도의 관계 자체와 Steinhart–Hart 계수에는 NTC 서미스터 계산기를 쓰세요. 같은 변환기에 연결하는 다른 센서는 ADC 분해능 계산기가 다룹니다.
자주 묻는 질문
전류를 늘리려고 직렬 저항을 아주 작게 하면 안 되나요?
전류가 늘면 자기 발열도 늘고, 작은 직렬 저항은 진폭을 전원 한쪽 끝으로 몰아갑니다. 진폭은 기하 평균에서 가장 크며, 거기서 벗어나면 분해능을 잃습니다.
Beta 모델은 얼마나 정확한가요?
T₀ 부근에서는 실제 서미스터를 잘 따르지만, T₀에서 멀어질수록 차이가 커져 0~100 °C에서는 약 1 K에 이를 수 있습니다. 정확도가 필요하면 펌웨어에서 Steinhart–Hart나 제조사의 R–T 표를 쓰고, 이 계산기는 회로 설계에 쓰세요.
커패시터를 추가해야 하나요?
ADC 가까이에서 출력과 GND 사이에 커패시터를 두면 ADC 샘플링 커패시터에 전하를 공급하고 잡음을 걸러 줍니다. 정착은 앤티앨리어싱 필터 계산기에서 분압 회로의 병렬 저항을 R로 넣어 확인하세요.