VARISTORE

VARISTORE

La denominazione varistore, che letteralmente significa "dispositivo a resistenza variabile", si applica genericamente ai bipoli (componenti elettrici a due terminali) anomali e, più specificamente, a quelli che hanno una caratteristica tensione-corrente non lineare e simmetrica. L'anomalia di un bipolo si estrinseca infatti generalmente in due aspetti:

a) il bipolo è anomalo, cioè ha una caratteristica tensione-corrente (V-I) non lineare: la sua impedenza varia pertanto in funzione della tensione applicata (in altri termini il bipolo non obbedisce alla legge di Ohm). Per es., per i raddrizzatori elettronici, che costituiscono i più noti ed importanti bipoli non-ohmici, nel primo quadrante della caratteristica l'impedenza diminuisce notevolmente al crescere della tensione applicata;

b) il bipolo è asimmetrico, cioè ha una caratteristica che non è simmetrica rispetto all'origine degli assi coordinati; in altri termini l'impedenza varia, oltreché in funzione della tensione applicata, anche in funzione della polarità della tensione stessa, risultando assai più bassa nel senso cosiddetto "di conduzione" di quanto sia nel senso cosiddetto "di sbarramento".

I raddrizzatori elettronici possiedono simultaneamente le proprietà a) e b): essi possono essere cioè considerati v. asimmetrici. Esistono, poi, dispositivi che possiedono la proprietà a) ma non la proprietà b): questi v. simmetrici sono, appunto, i v. propriamente detti.

Un'importante categoria di v. è quella costituita dai bipoli che obbediscono all'equazione generale:

Un v. di tale categoria è, per es., la thyrite, che si ottiene comprimendo fortemente carburo di silicio con un'opportuna sostanza cementante ceramica e sottoponendo poi la composizione a una temperatura di 1200 °C.

Nel caso della thyrite l'esponente n che figura nella [1] dipende da varî fattori e il suo campo di variabilità è all'incirca compreso fra 3,5 e 7; dal suo valore dipende fortemente, com'è evidente, il grado di non-linearità della caratteristica. Se, per es., è n = 5, raddoppiando la tensione applicata la corrente aumenta di 2⁵ = 32 volte. La costante k dipende dalla resistività e dalle dimensioni del particolare elemento di thyrite che si considera. Colla thyrite si può "coprire" un campo di correnti che va da 0,1 microampère a 60 ampère, estendentesi quindi per oltre 8 decadi. Nella fig. 1 è riportata la caratteristica generica tensione-corrente di un elemento di thyrite.

Caratteristiche simili alla thyrite ha il metrosil, solido refrattario anch'esso a base di carburo di silicio, per il quale l'esponente n della [I] varia fra 4 e 5, mentre il valore di k può andare da 60 a 3.000.

Un'altra importante categoria di v. è costituita dai termistori, nei quali la non-linearità della caratteristica è di natura termica: la loro impedenza varia infatti fortemente in funzione della temperatura, secondo un "coefficiente di temperatura" che può essere anche di qualche percento per grado kelvin. Osserviamo incidentalmente che questa caratteristica è posseduta, sia pure con sfumature differenti, anche da. raddrizzatori elettronici.

Gli elementi che caratterizzano un termistore sono sostanzialmente i seguenti: a) la legge di variazione della resistenza in funzione della temperatura; b) la "costante di dissipazione", cioè il quoziente C fra la potenza dissipata dal termistore e l'aumento di temperatura media del termistore stesso; c) la "costante di tempo" τ, cioè il tempo occorrente affinché la differenza tra la temperatura del termistore in corso di libero raffreddamento dopo essere stato riscaldato e la temperatura ambiente si riduca nel rapporto (e-1)/e (con e base dei logaritmi naturali), cioè del 63% circa. Sussiste la relazione: τ = H/C, ove τ è in sec se H, capacità termica del termistore, è espressa in joule/°K e C è espressa in W/°K.

Il campo fondamentale d'impiego dei termistori è quello della regolazione di corrente, nel quale possono farsi rientrare altri interessanti usi, per es. per scopi di misurazione (v. in questa App., I, p. 525). Altre importanti applicazioni dei termistori e dei v. si hanno nel campo delle telecomunicazioni, in medicina, meteorologia, ecc. Una tra le più significative è l'adozione di v. "soppressori di scintille" per la protezione di contatti elettrici (per es. in centrali telefoniche).

Si può ricorrere, per es., ad un v. a thyrite v disposto come mostra la figura 3. Si viene così a disporre di un elemento elettrico la cui resistenza è bassa ad alta tensione (impedendo lo scintillamento al contatto) ed alta a bassa tensione (riducendo così il tempo di rilascio dell'elettromagnete): si sfrutta così la non-linearità del v. Supponendo che la thyrite impiegata abbia la caratteristica I = (V/100)^3,57 che il magnete M abbia una resistenza R = 0,5 ohm e sia alimentato da una tensione E = 125 volt, l'intensità I_R della corrente assorbita dal v. (contatto c chiuso) sarà I_R = 1,25^3,37 ≅ 2,22 ampère. Supposto che si abbia assenza di scintille e che tutta la corrente I_L che attraversa l'avvolgimento (I_L = 125/0,5 = 250 ampère) venga trasferita al v., la tensione di scarica sarà:

Bibl.: J. A. Becker, G. B. Green e G. L. Pearson, Properties und uses of thermistors, thermally sensitive resistors, in Bell System TEch. Jour., XXVI (1947), p. 170; P. Lombardi e M. Vallauri, Prove su termistori di produzione nazionale, in Alta frequenza, 1951, p. 51; R. Manfrino, Alcuni impieghi dei raddrizzatori metallici e dei varistors nella protezione di impianti, in Rendiconti dell'A.E.I., Perugia, 12-19 ott. 1952.