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)

causa denominazione

temperatura termoresistenza (Pt100)termistore (NTC, PTC)

tensione varistore (VDR)

illuminazione fotoresistore (LDR)

campo magnetico magnetoresistore (MDR)

deformazione “strain-gauge”

La loro caratteristica corrente-tensione non segue la legge di Ohm.Per tale motivo essi vengono anche detti resistori non-lineari.

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 dipende dal materiale)B·(1/T - 1/To)

il coefficiente di temperatura decresce con l’aumentare della temperatura:

T = - 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.

-T

A

+ 12 V

termistori NTC

termistori NTC

I

V

0 10 20 30 40 50 mA

40

30

20

10

0

1000

ohm

0.1 W

0.4 W

0.9 W

25°C

35°C

45°C

55°C70°C

NTC

termistori NTC

forno tubatura

serbatoio

termistori NTC

Gli impieghi dei termistori NTC sono molteplici:

- misura e controllo della temperatura

NTCNTC

- misura del livello dei liquidi

- misura e controllo di flusso (di gas o liquidi)

- creazione di ritardi di tempo

I R R

A

NTC

I

termistori PTC

Utilizzando alcuni materiali ceramici (BaCO3, BaTiO3 ed Sr2TiO3) conl’aggiunta di opportuni additivisi 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 forniscela 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.

0.5 W

150

oh

m

2 W

V

I

0 10 20 30 40 50V

200mA

150

100

50

025°C

80°C

120°C

PTC

PTC

termistori PTC

si noti il calo della corrente di picco all’aumentare della temperatura ambiente, dovuto all’aumento della resistenza

termistori PTC

V

I

PTC

CARICO

VALIM

OFFIOFF

retta di carico

VALIM

ISC ON

VON

Determinazione del punto di lavoro per via grafica tramite la retta di carico

termistori PTC

V

I

PTC

CARICO

VALIM

VALIM

ISC ON

VON

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

T = 25°C

termistori PTC

V

I

PTC

CARICO

VALIM

IOFF

VALIM

OFF

- se la temperatura aumenta la curva si abbassa e il PTC limita la corrente

T = 150°C

termistori PTC

V

I

PTC

CARICO

VALIM

VALIM

ISC ON

VON

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

V

I

PTC

CARICO

VALIM

OFFIOFF

VALIM

ISC

- se aumenta la tensione di alimentazione il PTC si scalda e protegge il carico

termistori PTC

V

I

PTC

CARICO

VALIM

VALIM

ISC ON

VON

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

V

I

PTC

CARICO

VALIM

IOFF

VALIM

OFF

VON

- se aumenta la corrente il PTC si scalda e protegge il carico

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.

VDR CARICO

VALIM

V

R

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.

I = k·V dove > 1

R = [V ] / k

La resistenza passa ad esempio da 109 per basse tensioni fino a meno di 10 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 utilizzaticome soppressori di transitori,e sono in grado di sopportarepicchi di corrente di elevata intensità

Il loro impiego principaleè nelle telecomunicazioni,negli elettrodomestici,nella strumentazionee 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)

-3 -2 -1 0 +1 +2 +3

15

10

5

0

-5

-10

-15Hy (A / mm)

Vout

(mV

/ v)

-25°C25°C75°C125°C

PHILIPSKMZ10BPHILIPSKMZ10B

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

NS