Creditos da matéria:Universidade Federal do Paraná
Paulo Henrique Bernardi
Paulo Marcelo de Jesus
I - HISTÓRICO
A primeira publicação sobre materiais varistores data de 1957, quando Kh.S. Valee e M.D. Mashkovich descobriram que o sistema binário ZnO-TiO2 possuia propriedades não ôhmicas. Outros estudos em sistemas binários ZnO-Bi2O3 e ZnO-Al2O3 realizados por M.S. Kosman e colaboradores (1961) e S. Ivamov e colaboradores (1963) respectivamente, também mostraram que esses sistemas poderiam ser utilizados como varistores. Entretanto, a não linearidade obtida para esses sistemas a, obtida empiricamente por I µ Va, está na região 2 £ a £ 6, que são coeficientes de não linearidade muito baixo comparados com que são obtidos atualmente (a ³ 70).
Em 1971, Matsuoka e colaboradores, fizeram varistores cerâmicos multicomponentes com propriedades muito melhores que aquelas obtidas para sistemas binários. A não linearidade nas características corrente-tensão para esse sistema foi de a=50. Um típico sistema com essas propriedades é 97%ZnO-1%Sb2O3-0,5%MnO-0,5%CoO0,5%Cr2O3, sendo essas porcentagens molares.
Atualmente, uma ampla variedade de composições são utilizadas para a obtenção de varistores. Os varistores comercialmente mais usados ainda são a base de óxido de zinco (ZnO), mas varistores de dióxido de estanho (SnO2) e dióxido de titânio (TiO2) possuem um grande potencial tecnológico que ainda não foi utilizado..
II - FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Os varistores são cerâmicas policristalinas e como todo material policristalino possuem alta concentração de defeitos estruturais, superficiais e eletrônicos (intrísecos e extrínsecos, quando dopados). O tipo e a quantidade destes defeitos estão diretamente relacionados com as diversas etapas de processamento empregado na obtenção das peças cerâmicas. Portanto, estes sistemas têm como característica principal a presença de grãos, os quais estão interligados por
uma interface que é tida como fator determinante das propriedades elétricas. Os varistores são corpos cerâmicos altamente densos, com características não-ôhmicas. Estes materiais atuam como dispositivos de proteção em equipamentos eletroeletrônicos, cuja função é restringir sobrevoltagens transitórias, ou seja, tem como principal função manter o valor do potencial elétrico quando ocorre um grande aumento na intensidade do campo elétrico aplicado (sobretensão). Os varistores são também conhecidos como resistores não lineares ou limitadores de voltagem.
Resistores não-ôhmicos (varistores) são materiais cerâmicos densos, caracterizados por uma resistência elétrica que diminui com o aumento do potêncial aplicado, ou seja, são materiais que não obedecem a lei de Ohm: I=U/R, em que U é a diferença de potencial aplicada, R é a resistência e I a corrente que passa pelo circuito. Para os materiais varistores essa equação é modificada pelo fato que a corrente não varia linearmente com o potencial aplicado, ficando I=(U/C)a , (1) em que C é uma constante chamada de resistência nãoôhmica e a de coeficiente de não linearidade. Quanto maior o valor de a, mais sensível é o dispositivo referente a pequenas mudanças no potencial elétrico aplicado, e portanto, melhor é o varistor. Além disso, eles devem possuir uma grande capacidade de absorção de energia, que os tornam capazes de serem utilizados por exemplo como dispositivos de proteção contra surtos de sobrevoltagem. As propriedades destes materiais são altamente dependentes da sua microestrutura resultante, sendo assim, são dependentes também da sua composição química e das condições de tratamento térmico (sinterização) a que são submetidos. A Figura 1 apresenta uma curva característica de um varistor. Nessa Figura, podemos identificar três regiões distintas com relação ao comportamento da curva do campo elétrico aplicado em função da densidade de corrente, desta curva são obtidos os valores de campo elétrico de ruptura e o coeficiente de não linearidade.
Um circuito elétrico simples, que representa a atuação destas cerâmicas varistoras como dispositivo eletrônico, é ilustrado na Figura 2, tendo-se o sistema varistor em paralelo ao sistema de alimentação de energia e o equipamento. Em tensões elétricas superiores a capacidade da fonte é acionado o sistema varistor, onde a descarga elétrica é acumulada e posteriormente descarregada ao sistema de conecção terra. Evitando portanto que o equipamento seja exposto a esta sobretensão.
Paulo Henrique Bernardi
Paulo Marcelo de Jesus
I - HISTÓRICO
A primeira publicação sobre materiais varistores data de 1957, quando Kh.S. Valee e M.D. Mashkovich descobriram que o sistema binário ZnO-TiO2 possuia propriedades não ôhmicas. Outros estudos em sistemas binários ZnO-Bi2O3 e ZnO-Al2O3 realizados por M.S. Kosman e colaboradores (1961) e S. Ivamov e colaboradores (1963) respectivamente, também mostraram que esses sistemas poderiam ser utilizados como varistores. Entretanto, a não linearidade obtida para esses sistemas a, obtida empiricamente por I µ Va, está na região 2 £ a £ 6, que são coeficientes de não linearidade muito baixo comparados com que são obtidos atualmente (a ³ 70).
Em 1971, Matsuoka e colaboradores, fizeram varistores cerâmicos multicomponentes com propriedades muito melhores que aquelas obtidas para sistemas binários. A não linearidade nas características corrente-tensão para esse sistema foi de a=50. Um típico sistema com essas propriedades é 97%ZnO-1%Sb2O3-0,5%MnO-0,5%CoO0,5%Cr2O3, sendo essas porcentagens molares.
Atualmente, uma ampla variedade de composições são utilizadas para a obtenção de varistores. Os varistores comercialmente mais usados ainda são a base de óxido de zinco (ZnO), mas varistores de dióxido de estanho (SnO2) e dióxido de titânio (TiO2) possuem um grande potencial tecnológico que ainda não foi utilizado..
II - FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Os varistores são cerâmicas policristalinas e como todo material policristalino possuem alta concentração de defeitos estruturais, superficiais e eletrônicos (intrísecos e extrínsecos, quando dopados). O tipo e a quantidade destes defeitos estão diretamente relacionados com as diversas etapas de processamento empregado na obtenção das peças cerâmicas. Portanto, estes sistemas têm como característica principal a presença de grãos, os quais estão interligados por
uma interface que é tida como fator determinante das propriedades elétricas. Os varistores são corpos cerâmicos altamente densos, com características não-ôhmicas. Estes materiais atuam como dispositivos de proteção em equipamentos eletroeletrônicos, cuja função é restringir sobrevoltagens transitórias, ou seja, tem como principal função manter o valor do potencial elétrico quando ocorre um grande aumento na intensidade do campo elétrico aplicado (sobretensão). Os varistores são também conhecidos como resistores não lineares ou limitadores de voltagem.
Resistores não-ôhmicos (varistores) são materiais cerâmicos densos, caracterizados por uma resistência elétrica que diminui com o aumento do potêncial aplicado, ou seja, são materiais que não obedecem a lei de Ohm: I=U/R, em que U é a diferença de potencial aplicada, R é a resistência e I a corrente que passa pelo circuito. Para os materiais varistores essa equação é modificada pelo fato que a corrente não varia linearmente com o potencial aplicado, ficando I=(U/C)a , (1) em que C é uma constante chamada de resistência nãoôhmica e a de coeficiente de não linearidade. Quanto maior o valor de a, mais sensível é o dispositivo referente a pequenas mudanças no potencial elétrico aplicado, e portanto, melhor é o varistor. Além disso, eles devem possuir uma grande capacidade de absorção de energia, que os tornam capazes de serem utilizados por exemplo como dispositivos de proteção contra surtos de sobrevoltagem. As propriedades destes materiais são altamente dependentes da sua microestrutura resultante, sendo assim, são dependentes também da sua composição química e das condições de tratamento térmico (sinterização) a que são submetidos. A Figura 1 apresenta uma curva característica de um varistor. Nessa Figura, podemos identificar três regiões distintas com relação ao comportamento da curva do campo elétrico aplicado em função da densidade de corrente, desta curva são obtidos os valores de campo elétrico de ruptura e o coeficiente de não linearidade.
Um circuito elétrico simples, que representa a atuação destas cerâmicas varistoras como dispositivo eletrônico, é ilustrado na Figura 2, tendo-se o sistema varistor em paralelo ao sistema de alimentação de energia e o equipamento. Em tensões elétricas superiores a capacidade da fonte é acionado o sistema varistor, onde a descarga elétrica é acumulada e posteriormente descarregada ao sistema de conecção terra. Evitando portanto que o equipamento seja exposto a esta sobretensão.
