Resistenza automatica: resistori controllati dall'ambiente

I resistori sono uno dei componenti fondamentali utilizzati nei circuiti elettronici. Fanno una cosa: resistono al flusso di corrente elettrica. Esiste più di un modo per scuoiare un gatto e esiste più di un modo per far funzionare una resistenza. Negli articoli precedenti ho parlato di resistori a valore fisso e di resistori variabili.

C'è un altro gruppo importante di resistori variabili in cui non sono entrato: resistori che cambiano valore senza l'intervento umano. Questi cambiano attraverso fattori ambientali: temperatura, tensione, luce, campi magnetici e sollecitazione fisica. Sono comunemente usati per l'automazione e senza di loro la nostra vita sarebbe molto diversa.

Sono di due tipi:

Molti lettori di Hackaday potrebbero avere familiarità con i termistori NTC nelle stampanti 3D dove vengono utilizzati per misurare la temperatura dell'estremità calda dell'estrusore. Se la tua stampante ha un piano riscaldato, è probabile che sia monitorata anche da un NTC.

E ci sono molte altre applicazioni in cui vengono utilizzati per misurare la temperatura, come termometri digitali, tostapane, macchine per il caffè, congelatori e così via.

Ma oltre a misurare la temperatura, i termistori NTC vengono utilizzati anche per limitare la corrente. Come limitatori di corrente di spunto, limitano qualsiasi sbalzo di corrente elevata quando un dispositivo viene acceso per la prima volta. Fondamentalmente quando il dispositivo è acceso, il termistore è ancora relativamente freddo e quindi agisce come un'elevata resistenza, limitando la corrente. Nel corso del tempo, man mano che più corrente scorre attraverso il termistore, la sua temperatura aumenta e quindi la sua resistenza diminuisce. Ciò consente a più corrente di fluire attraverso di esso, il che va bene poiché a quel punto la scarica iniziale di corrente elevata è terminata.

La mia unica esperienza con i termistori NTC è stata quella di provarne uno che faceva parte di un sensore automobilistico. Il sensore doveva essere avvitato nel vano motore possibilmente per misurare la temperatura del liquido di raffreddamento o dell'olio. Naturalmente questo non misura direttamente la temperatura. Ai suoi capi viene invece applicata una tensione. Al variare della temperatura, la resistenza cambia e così anche la tensione. Il computer del veicolo utilizza quindi una tabella o una formula per mappare quella tensione in una temperatura.

Non sono riuscito a trovare la scheda tecnica della parte automobilistica e non conoscevo la relazione tra la temperatura e la resistenza del termistore, quindi l'ho messo in una pentola piena d'acqua sul fornello. Portando lentamente l'acqua ad ebollizione ho misurato la temperatura dell'acqua e la resistenza del termistore, ottenendo il grafico qui riportato.

Anche i termistori con coefficiente di temperatura positivo (PTC), la cui resistenza aumenta all'aumentare della temperatura, hanno i loro usi.

Un esempio è la sostituzione di un fusibile. All'aumentare della corrente in un circuito, la temperatura del termistore aumenta a causa del normale riscaldamento resistivo. Questo calore viene disperso nell'ambiente circostante. Ma se la corrente è più alta di quanto dovrebbe essere, ad un certo punto si riscalderà più velocemente di quanto possa perdere calore. A quel punto la resistenza aumenterà, limitando la corrente.

Con l'avvento dei display a schermo piatto ci sono sempre meno display CRT in giro, ma alcuni lettori ricorderanno che i termistori PTC venivano utilizzati nei circuiti della bobina di smagnetizzazione del display. La bobina di smagnetizzazione dovrebbe essere energizzata brevemente e spenta gradualmente. La corrente attraverso la bobina creerebbe il campo magnetico necessario per la smagnetizzazione e riscalderebbe anche il termistore. Così facendo, la resistenza del termistore aumenterebbe nella maniera graduale desiderata, riducendo la corrente attraverso la bobina fino allo spegnimento del circuito.

La maggior parte delle applicazioni dei varistori riguardano la protezione dalle sovratensioni, proteggendo i circuiti dai transitori di rete, dai carichi induttivi e dai fulmini. Di solito sono posizionati attraverso il circuito per essere protetti in modo che, se la tensione dovesse aumentare abbastanza, il varistore condurrà e agirà come un cortocircuito per la corrente, anziché la corrente che attraversa il circuito.

La mia esperienza con i varistori deriva dal mio periodo come appaltatore solare. Collegheremmo i parafulmini a vari componenti del sistema solare: due scaricatori per l'inverter, dove una serie di cavi correva all'esterno verso un generatore e un altro set usciva verso i carichi nel cottage, e uno scaricatore per il regolatore di carica dove i fili finivano ai pannelli solari. Si tratta di tutti i cavi in ​​cui la tensione può essere indotta a livelli dannosi dai fulmini vicini.