Termistore
Che cos'è un termistore?
Il termistore (dall'inglese Thermally Sensitive Resistor cioè resistore termosensibile) è un componente elettronico realizzato per rilevare la temperatura. È realizzato attraverso un materiale semiconduttore la cui resistenza varia al variare della temperatura.
Si differenza dalle termoresistenze per il materiale con cui è realizzato, queste ultime infatti sono realizzate con materiali metallici mentre una termistore è realizzata con materiale semiconduttore.
Resistenza e temperatura
Per la seconda legge di Ohm la resistenza R di un conduttore è pari a:
R = ρ ∙ L / S
in cui:
- ρ è il coefficiente di resistività tipico di ogni materiale e si misura in Ω∙m;
- L è la lunghezza del conduttore;
- S la sua sezione.
La resistenza di un conduttore è costante se la temperatura a cui viene mantenuto è costante.
Il coefficiente di resistività ρ che compare nella seconda legge di Ohm ha una forte dipendenza dalla temperatura a cui si trova la resistenza. Il coefficiente di resistività è funzione della temperatura secondo questa relazione:
ρ(T) = ρ293 [1 + α∙ ΔT]
Il parametro α (unità di misura K-1) si dice coefficiente termico o coefficiente di temperatura e determina di quanto la resistività varia in funzione della temperatura.
ρ293 è il coefficiente di resistività a 293 K cioè a temperatura ambiente (20°C) mentre ΔT è la differenza di temperatura da esprimersi in kelvin (o celsius perché sappiamo che la differenza tra due temperature è equivalente sia se espressa in K sia in °C in quanto entrambe scale centigrade).
In generale la formula che consente di calcolare il coefficiente di resistività di un materiale è della forma:
ρ(T) = ρ0 ∙ [1 + α ∙ (T - T0)]
in cui ρ(T) è la resistività a temperatura T e ρ0 è la resistività alla temperatura T0.
Il coefficiente α è definito come:
Per i conduttori metallici se la temperatura aumenta, aumenteranno anche le vibrazioni molecolari del conduttore stesso e dunque sarà più probabile che gli elettroni di conduzione vengano maggiormente ostacolati nel loro percorso all'interno dal conduttore dagli urti con gli elettroni del conduttore. Questo porta ad un aumento della resistenza.
Nei semiconduttori invece le cose funzionano diversamente: l'incremento di temperatura infatti fa sì che gli elettroni possano passare dalla banda di valenza a quella di conduzione favorendone la conducibilità e dunque diminuendo la resistenza. Pertanto il coefficiente termico α è positivo nei metalli puri come il rame o l'oro mentre esso è negativo nei semiconduttori come germanio e silicio.
I termistori con coefficiente di temperatura negativo vengono detti termistori NTC (dall'inglese Negative Temperature Coeffiecient) e sono caratterizzati da una resistenza elettrica decrescente al crescere della temperatura.
Circuiti elettrici con termistore
Per utilizzare un termistore si utilizza un partitore di tensione in cui si collega il termistore che solitamente ha resistenze dell'ordine di qualche KΩ con un'altra resistenza di valore simile.
Il partitore di tensione fa in modo che la tensione totale fornita dal generatore di tensione venga suddivisa sui due carichi resistivi in maniera proporzionale in base ai valori delle due resistenze.
Visto che la resistenza del termistore ha un valore variabile a seconda della temperatura si può scrivere una funzione che metta in relazione direttamente la tensione ai capi di ciascuna resistenza con la variazione di temperatura.
Legge che lega la resistenza alla temperatura in un termistore NTC
Per i termistori NTC è possibile ottenere una legge matematica che lega la resistenza ad una certa temperatura tramite la formula:
In cui:
- R0 è la resistenza del termistore alla temperatura di 25°C (298,15 K);
- B è una costante del termistore (unità di misura K);
- T0 è 298,15 K;
- RT è il valore della resistenza del termistore alla temperatura T espressa in gradi K.
Questa è una versione semplificata della cosiddetta equazione di Steinhart – Hart.
In particolare solitamente si fornisce il valore di B in un certo intervallo di temperature.
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