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TECNOLOGIE ELETTRONICHE
… studiare, studiare ed ancora studiare,
è il solo modo di capire quanto possa
essere grande sia la propria ignoranza!
Resistori non lineari - I Termistori
I Termistori
I termistori sono conduttori non lineari, particolarme-
-nte sensibili alle variazioni di temperatura.
Considerti come un particolare tipo di semiconduttore
sono costituiti da un insieme di ossidi di metalli quali il
nickel, manganese, cobalto, fetro, rame ed uranio.
Sintetizzati con sostanze inerti come il biossido di
titanio appaiono strutturalmente simili ai materiali
ceramici.
Alle basse temperature il coefficiente di temperatura e'
fortemente negativo, e ciò in contrasto a quanto
accade per i metalli per i quali, ad eccezione della
grafite tale coefficiente e' piccolo e positivo.
Alle basse temperature i semiconduttori hanno relativamente pochi elettroni liberi e
pertanto la resistività' risulta elevata; all'aumentare della temperatura un maggior numero
di questi acquista energia sufficiente per staccarsi dai propri vincoli atomici e può' quindi
essere facilmente accelerato da un campo elettrico.
Ciò' giustifica il fatto che la resistenza di un tal genere di conduttori diminuisce fortemente
con la temperatura.
Per quanto la tecnica di fabbricazione dei termistori si sia perfezionata in questi ultimi anni,
nel senso di stabilire la qualità dei materiali e la percentuale di questi che si rendono neces-
-sarie per realizzare i più convenienti andamenti della caratteristica I= f(V) , questi compo-
-nenti sono conosciuti da più di 100 anni, infatti Faraday scoprì che il solfato di argento
possiede un elevato e negativo coefficiente di temperatura.
In Germania veniva usato in passato l'ossido di uranio, ma la conduzione è come per il
solfato di argento ionico e le caratteristiche di funzionamenteo sono piuttosto instabili.
Notevoli progressi sono stati conseguiti dal 1930 in poi per studi e ricerche effettuati dalla
Bell Telephone sui termistori ad ossido di manganese e nickel.
Per i termistori di più comune impiego la resistenza varia con la temperatura, in accordo
alla relazione:
Il diagramma [a] a lato. si riferisce a termistori di normale
costruzione ed indica entro quali limiti e' compreso il valore
della resistività D in funzione della temperatura.
Nel sottostante diagramma [b] è riportato invece l'andamento
della caratteristica statica V= f(I).
Per piccoli valori della corrente, le variazioni della temperatura
del componente sono di lieve entità' ed il termistore si
comporta come un conduttore ohmico di elevata resistenza.
La tensione cresce proporzionalmente alla corrente sino a rag-
-giungere il valore Vm ,detto tensione di autoriscaldamento.
[a] Variazione della resistività con la temperatura
Successivamente manifestandosi l'effetto del riscaldamento la curva assume una
pendenza negativa e la tensione decresce rapidamente.
[b] Caratteristica statica di un termistore
Le relazioni che interessano tra i valori della
resistenza, corrente, tensione, potenza e
temperatura sono indicate nel sottostante
diagramma [c].
Le caratteristiche esaminate si riferiscono ad
un funzionamento statico del termistore.
In pratica quando la corrente in un termistore
subisce una brusca variazione, a causa dell'inerzia
termica di questo, e' necessario trascorra un certo
tempo detto di ritardo, perchè la resistenza possa raggiungere il valore che corrisponde alle
nuove condizioni di temperatura.
Questo in genere e' convenzionalmente valutato applicando
al circuito alla tua sinistra una tensione a gradino e misura-
-ndo il tempo che e' necessario perche' la tensione v ai
terminali della resistenza R raggiunga un valore costante.
Il diagramma [c] che interpreta i risultati della misura
prende il nome di caratteristica dinamica.
I diagrammi riportati nelle sottostanti figure indicano le variazioni di resistenza in funzione
della temperatura.
I componenti descritti vengono in genere
fabbricati pressando la mistura termoreslstente
in stampi a forma di disco.
Un successivo processo di sinterizzazione
assicura l'indurimento e una buona resistenza
meccanica.
I terminali vengono saldati su due facce
opposte preventivamente metallizzate.
Il diametro dei dischi varia a seconda della
potenza da 2,6 mm a 25 mm, lo spessore da
0,7 mm a 12 mm.
I tipi cilindrici vengono ottenuti per trafilazione
sotto pressione.
[C]
In entrambi i casi i componenti vengono protetti da
smalti speciali, cementi vetrosi,o da contenitori
talvolta sotto vuoto.
Nella sottostanti tavole sono riportate le carat-
-teristiche di impiego di alcuni tipi.
Per particolari applicazioni si costruiscono anche
termistori a riscaldamento indiretto.
L'impiego del termistori e' ogni giorno più' diffuso.
Disposti in serie a reslstori a coefficiente di
temperatura positivo, possono mantenere costante
la resistenza dell'insieme entro larghi limiti di
variazione della temperatura.
[d] Caratteristica dinamica
di un termistore
Termistori Cilindrici
Resistenza
a 25°C
(KΩ)
Rapporto
R@0°C/
R@50°C
Potenza dis-
sipata
mW/°C
Costante di
tempo (sec)
100 +/- 15%
10,3
0,7
2
100 +/- 15%
10,3
1,0
25
2 +/- 15%
7,3
1,0
25
2 +/- 15%
7,3
0,7
2
2 +/- 15%
7,3
0,1
1
2 +/- 15%
7,3
0,1
1
2 +/- 15%
7,3
0,1
1
2 +/- 15%
7,3
0,1
1
Termistori a disco
Resistenza
a 25°C
(KΩ)
Rapporto
R@0°C/
R@50°C
Potenza dis-
sipata
mW/°C
Costante di
tempo (sec)
1.000 +/- 10%
9.1 +/- 3 %
6
20
1.000 +/- 10%
9.1 +/- 3 %
9
135
100 +/- 10%
6.95 +/- 4,5 %
8
135
1.000 +/- 10%
9.1 +/- 3 %
125
4
4.000 +/- 10%
9.1 +/- 3 %
45
15
300 +/- 5%
9.1 +/- 3 %
240
9
700 +/- 5%
9.1 +/- 3 %
105
20
1.000 +/- 10%
9.1 +/- 3 %
85
30
100 +/- 10%
6.95 +/- 4,5 %
160
15
268 +/- 5%
6.95 +/- 4,5 %
6
20
725 +/- 5%
9.1 +/- 3 %
80
30
760 +/- 5%
9.1 +/- 3 %
70
35
1351 +/- 5%
9.1 +/- 3 %
60
40
228 +/- 4%
9.1 +/- 3 %
200
20
L' impiego forse più tipico e' quello che si riferi-
-sce ad apparecchiature di controllo della
temperatura.
Disponendo di un termistore in serie ad un relais
la corrente raggiunge il valore di regime con un
ritardo che, a seconda, del tipo impiegato può'
variare da pochi millisecondi a qualche minuto;
l' insieme costituisce un relais ritardato.
Spesso i termistori vengono disposti in serie ai
filamenti dei tubi termoionici e delle lampade di
proiezione allo scopo di limitare il picco di cor-
-rente al momento dell'accenzione.
Nella figura a lato è mostrato l'andamento della
corrente durante l'accenzione di filamenti con e
senza l'impiego di un termistore.
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