Aula 05.4 - Resistores Não Lineares

Resistores Não-lineares: Existem circuitos que requerem resistências que alteram o valor com uma mudança temperatura ou luz. Esta função não pode ser linear. Existem vários tipos de resistências não-lineares que ​​incluem: Resistências NTC (Coeficiente de temperatura negativa) - sua resistência diminui com o aumento da temperatura; Resistências PTC (Coeficiente de temperatura Positiva) - a sua resistência aumenta com o aumento da temperatura; LDR (Resistores dependentes da Luz) - sua resistência diminui com o aumento da luz; Resistores VDR (Tensão Resistores dependentes da tensão) - resistência diminuiu rapidamente quando a tensão excede um certo valor. Os símbolos que representam estas resistências são mostrados na figura 1: Resistores Não-lineares - a. NTC, b. PTC, c. LDR.

Resistores com Coeficiente de Temperatura Negativa (NTC): são resistores cuja resistência elétrica de tais materiais se reduz com a elevação da temperatura, possuindo um coeficiente de temperatura negativo.

O coeficiente de temperatura, cuja notação é r 25º é igual - 0,05, isto é, perante uma elevação de temperatura de 1 grau, o valor da resistência do material se reduz em 5%. Os resistores NTC são fabricados a partir de óxidos semicondutores, como por exemplo: Fe3O4 com Zn2TiO4 (óxido de ferro com óxido de titânio e zinco).

Após o processo de mistura, ocorre a prensagem em forma de discos ou esferas (cilíndricos) e sinterizados em seguida. Nestas condições, um excesso de temperatura liberta elétrons, tendo como resultado um excesso de condutividade com o aumento da temperatura.

Os formatos mais comuns, como o cilíndrico são obtidos por processo de extrusão enquanto que os formatos em disco são obtidos através de prensa hidráulica. A figura abaixo representa graficamente um resistor NTC .  . R25/Rt representa a resistência do NTC à temperatura ambiente de 25ºC.

R25/Rt representa a resistência do NTC à temperatura ambiente de 25ºC. Equação de um NTC: R = A . eB/T (eq.1) . Onde: R = resistência em ohms; e = número de Euler (2,718); B = constante do material no NTC em ºK3 ; T = temperatura do NTC em ºK; A = constante a uma dada temperatura.

Como a constante de regulação B sofre influência da temperatura, é possível determinar a resistência do NTC, baseando-se nos dados do fabricante. Para tanto, é necessário conhecer a resistência a 25ºC, r25º e o valor da constante de regulação.  Vejamos um exemplo: Qual é a resistência do NTC E201 ZZ181 a 100ºC?

Através da tabela do fabricante, obtemos os dados: r25º = 1.000W; B = 5.000ºK; Resistência R a 25ºC = 20W; Para uma temperatura de 100ºC e B= 5000ºK, teremos: Rt = R25º / 20 = 1.000W / 20 = 5W.

O tempo de recuperação é o tempo que um NTC leva para atingir a metade do valor de sua resistência a 25ºC, depois de aquecido à sua dissipação máxima e colocado em ambiente de temperatura constante sem corrente de ar. A estabilidade do NTC é a propriedade do mesmo atingir um valor constante de resistência depois de um certo tempo de uso.

Resistores com Coeficiente de Temperatura Positivo (PTC): é um resistor não linear que conduz corrente elétrica melhor no estado frio do que no estado quente, isto é, a condutibilidade se reduz com o aumento da temperatura.  Portanto, o PTC possui um coeficiente de valor positivo.

Uma característica importante do PTC é que seu coeficiente térmico positivo manifesta-se dentro de um intervalo de temperaturas, sendo seu valor bastante superior ao do NTC. No PTC o coeficiente positivo manifesta-se apenas a partir de uma temperatura chave, denominado temperatura de Curie (TC). Os PTCs podem se dividir quanto a fabricação e utilização em: PTCs metálicos (geralmente de fio);  PTCs de material cerâmico semicondutor.

PTCs metálicos: Baseiam seu funcionamento no princípio de condução de corrente nos metais, ou seja, quanto mais elevada for a temperatura (devido as perdas do efeito Joule), maior será o valor de sua resistência.

Podemos citar como exemplo o condutor de cobre cujo coeficiente de temperatura r é  , em outras palavras, para um aumento de 1 grau da temperatura, sua resistência eleva-se 0,39%. Outros tipos de metais também são utilizados, como prata, alumínio e tungstênio.

Estas características são muito empregadas na fabricação de resistores de óxido de ferro. A figura abaixo mostra as curvas características dos PTCs com diversos valores de temperatura de Curie.

PTCs de Cerâmica Semicondutora: Possuem a propriedade de ter seu valor de resistência elevado rapidamente dentro de uma faixa de temperatura muito estreitas, resultando valores elevados de coeficiente de temperatura r, da ordem de  , o que significa que para cada 1 grau de aumento da temperatura, a resistência aumenta em 60%.

São geralmente fabricados de materiais compostos de cerâmicas ferro-elétricas como o titanato de bário (BaTiO3). Os materiais não condutores somente adquirem condutividade específica mediante um processo de dopagem, geralmente o antimônio. Acima de temperatura de Curie ocorre uma rápida elevação da resistência, com redução da constante dielétrica.

Em resistores de óxido de ferro a temperatura de Curie tem um valor aproximado de 800ºC, no entanto através de processos adequados de dopagem pode-se controlar e predeterminar uma temperatura de Curie e o grau de elevação da resistência do PTC.

O Resistor Dependente de Luz (LDR) é um tipo de resistor que varia de resistência  à partir da luminosidade captada. O LDR è constituído de cádmio, um material semicondutor, que é disposto na superfície do componente. Esse material tem a propriedade de diminuir sua resistência quando a luminosidade sobre ele aumenta. Já quando está escuro ou a luminosidade é baixa, a sua resistência é aumentada. Escuridão : resistência máxima, geralmente acima de 1M ohms. Luz muito brilhante : resistência mínima, aproximadamente 100 ohms. O LDR é muito utilizado nas chamadas fotocélulas que controlam o acendimento de poste de iluminação e luzes em prédios.

Um Resistor Dependente da Tensão (Varistor ou VDR) é um componente eletrônico cujo valor de resistência elétrica é uma função inversa da tensão aplicada nos seus terminais. Isto é, a medida que a diferença de potencial sobre o varístor aumenta, sua resistência diminui.
Os VDRs são geralmente utilizados como elemento de proteção contra transientes de tensão em circuitos, tal como em filtros de linha. Montados em paralelo com o circuito que se deseja proteger, impedem que surtos de pequena duração os atinjam, por apresentarem uma característica de "limitador de tensão".

© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/04/2019