resistori non lineari
La resistenza elettrica di alcune sostanze (ad es. ossidi e titanati)
varia al variare di un parametro fisico
(temperatura, tensione, illuminazione, campo magnetico, deformazione, ecc)
La loro caratteristica corrente-tensione non segue la legge di Ohm.
Per tale motivo essi vengono anche detti resistori non-lineari.
causa
denominazione
temperatura
termoresistenza (Pt100)
termistore (NTC, PTC)
tensione
varistore (VDR)
illuminazione
fotoresistore (LDR)
campo magnetico
magnetoresistore (MDR)
deformazione
“strain-gauge”
termistori NTC
Utilizzando varie miscele di ossidi (Fe, Ni, Co, Mn e Cr)
si ottengono dei resistori caratterizzati da un coefficiente di temperatura negativo.
La relazione che esprime la variazione di resistenza con la temperatura è:
RT = R0 · e
B·(1/T - 1/To)
(B dipende dal materiale)
il coefficiente di temperatura decresce con l’aumentare della temperatura:
aT = - B/T2
ed è compreso tipicamente fra -2 e -7%/°C.
Poiché tale variazione rimane costante in un ampia gamma di temperatura
(anche da -25 a +150°C), gli NTC sono ideali per la misura della temperatura.
+ 12 V
-a T
A
termistori NTC
termistori NTC
V
40
30
20
0.9 W
10
0.4 W
0.1 W
0
0
10
20
30
40
50 mA
I
termistori NTC
termistori NTC
Gli impieghi dei termistori NTC sono molteplici:
- misura e controllo della temperatura
NTC
- misura del livello dei liquidi
I
- misura e controllo di flusso (di gas o liquidi)
- creazione di ritardi di tempo
R
I
R
NTC
NTC
forno
tubatura
serbatoio
A
termistori PTC
Utilizzando alcuni materiali ceramici
(BaCO3, BaTiO3 ed Sr2TiO3) con
l’aggiunta di opportuni additivi
si ottengono dei resistori
caratterizzati da un coefficiente di
temperatura positivo ma
- a differenza degli NTC non uniforme a tutte le temperature.
Il coefficiente di temperatura del PTC
comincia a diventare fortemente positivo
non appena si supera la
“temperatura di Curie” del materiale.
Il costruttore fornisce
la resistenza a freddo,
la temperatura di transizione
e la resistenza a caldo.
termistori PTC
I PTC a causa della scarsa linearità della caratteristica non vengono utilizzati per la
misura della temperatura.
Grazie al notevole aumento della loro resistenza a caldo possono però venir utilizzati
per scopi di protezione di apparati, motori o circuiti.
I
200mA
PTC
150
100
50
2W
0.5 W
0
0
10
20
30
40
50V
V
termistori PTC
si noti il calo della corrente di picco
all’aumentare della temperatura ambiente,
dovuto all’aumento della resistenza
termistori PTC
I
ISC
ON
retta di carico
PTC
CARICO
VALIM
OFF
IOFF
V
VON
VALIM
Determinazione del punto di lavoro per via grafica tramite la retta di carico
termistori PTC
I
ISC
ON
PTC
CARICO
VALIM
T = 25°C
V
VON
VALIM
1° caso: intervento del PTC in caso di aumento della temperatura
- all’accensione e in condizioni normali il PTC è freddo e la corrente è massima
termistori PTC
I
PTC
CARICO
VALIM
T = 150°C
OFF
IOFF
V
VALIM
- se la temperatura aumenta la curva si abbassa e il PTC limita la corrente
termistori PTC
I
ISC
ON
PTC
CARICO
VALIM
V
VON
VALIM
2° caso: intervento del PTC in caso di aumento della tensione di alimentazione
- all’accensione e in condizioni normali il PTC è freddo e la corrente è massima
termistori PTC
I
ISC
PTC
CARICO
VALIM
OFF
IOFF
V
VALIM
- se aumenta la tensione di alimentazione il PTC si scalda e protegge il carico
termistori PTC
I
ISC
ON
PTC
CARICO
VALIM
V
VON
VALIM
3° caso: intervento del PTC in caso di aumento della corrente nel carico
- all’accensione e in condizioni normali il PTC è freddo e la corrente è massima
termistori PTC
I
PTC
CARICO
VALIM
OFF
IOFF
V
VON
- se aumenta la corrente il PTC si scalda e protegge il carico
VALIM
varistori (VDR)
Materiali come SiC, Se, ZnO e Si si comportano da varistori o VDR (Voltage Dependent
Resistor) ovvero variano la loro resistenza in funzione della tensione.
In particolare, al di sopra di una certa tensione la loro resistenza crolla a valori molto
bassi. Per tale motivo i VDR vengono collegati in parallelo al carico da proteggere.
R
VDR
CARICO
VALIM
V
I = k·V a
dove
a>1
R = [V (1-a)] / k
La resistenza passa ad esempio da 109 W
per basse tensioni fino a meno di 10 W se si
supera la tensione di soglia
varistori (VDR)
I materiali più adatti sono il Silicio e le miscele di ossido di Zinco e altri ossidi
varistori (VDR)
I varistori vengono utilizzati
come soppressori di transitori,
e sono in grado di sopportare
picchi di corrente di elevata intensità
Il loro impiego principale
è nelle telecomunicazioni,
negli elettrodomestici,
nella strumentazione
e negli apparati elettrici in genere
varistori (VDR)
Caratteristica corrente-tensione di un varistore all’ossido di metallo
varistori (VDR)
intensità dei picchi di corrente per un varistore all’ossido di metallo
fotoresistori (LDR)
Molti materiali di tipo semiconduttore (Se, CdS, InSb,
PbS, ecc) sono fotosensibili, e infatti la loro resistenza
diminuisce all’aumentare della luce.
Con questi materiali vengono realizzati i fotoresistori,
detti anche LDR (Light-Dependent Resistors).
Fra i loro impieghi tipici troviamo gli interruttori crepuscolari,
gli esposimetri, il controllo dei cancelli elettrici, la regolazione
dei display, ecc.
fotoresistori (LDR)
ecco due grafici tipi dei fotoresistori:
resistenza-illuminazione e corrente-tensione a varie illuminazioni
magnetoresistori (MDR)
alcuni tipi di materiali magnetici come ad esempio il Permalloy (Fe-Ni) e il
composto Sb/NiSb evidenziano una modifica della resistività al variare
del campo magnetico applicato, per cui possono essere utilizzati per
realizzare gli MDR (Magnetic-Dependent Resistor)
15
Vout (mV / v)
10
-25°C
25°C
75°C
125°C
PHILIPS
KMZ10B
5
0
-5
-10
-15
-3
-2
-1
0
+1
Hy (A / mm)
+2
+3
magnetoresistori (MDR)
fra gli impieghi tipici dei magnetoresistori vi sono gli interruttori di
prossimità, i sensori di pressione e i contagiri (velocità di rotazione)
MDR
N
S
