RESISTORI
E RESISTENZA ELETTRICA
Il resistore e' il componente piu'
utilizzato in campo elettronico.
Non esiste circuito elettronico che possa funzionare
correttamente senza tale componente.
Pur essendo il componente piu' comune ed economico e'
poco conosciuto, sia per l'importanza che riveste in campo elettronico, sia per
le sue caratteristiche.
Vediamo di scoprire tutti i segreti di questo simpatico
componente.
Normalmente si ritiene che un resistore possa essere
selezionato in base al valore della resistenza elettrica nominale (in ohm) e la
potenza massima che puo' dissipare (in watt).
Cio' e' normalmente sufficiente per la maggior parte
delle applicazioni, ma in alcuni casi specifici, vanno presi in considerazione
anche altri importanti parametri.
La funzione del resistore e' quella di limitare la
corrente elettrica per polarizzare altri dispositivi elettronici
collegati in serie.
Esso e' inoltre utilizzato per realizzare precisi
attenuatori di tensione elettrica mediante partizione.
In alcune applicazioni viene utilizzato per attenuare la
potenza mediante opportune reti a T o a P greco.
La sua elevata precisione rispetto ad altri componenti
sia attivi che passivi lo rendono il componente ideale nel campo della
strumentazione di misura.
Utilizzando i resistori, mediante la tecnica della
controreazione, e' possibile progettare circuiti elettronici attivi con
caratteristiche di notevole precisione.
Cio' e' fondamentale per compensare la dispersione delle
caratteristiche intrinseche dei componenti attivi.
Il comportamento dei resistori segue la legge di ohm.
La legge di ohm stabilisce il comportamento di un
resistore ideale come segue:
V = Rx I
R = V / I
I = V / R
V e' la tensione elettrica espressa in Volt
I e' la corrente elettrica espressa in Ampere
R e' la resistenza elettrica espressa in ohm.
La legge di Ohm e' in assoluto la piu' utilizzata in
Elettronica e nonostante tutto, anche se molto semplice, spesso stranamente e'
poco conosciuta.
Essa e' comunque di notevole importanza perche'
utilizzata in qualsiasi circuito in cui sia presente un generatore di tensione.
La potenza elettrica dissipata da una resistenza segue la
seguente relazione:
P = V X I = V X V / R = R X I X I
come conseguenza della legge di ohm.
La tolleranza di un resistore e' la massima
deviazione del valore resistivo reale rispetto a quello nominale.
Essa viene espressa normalmente in percentuale.
Il valore nominale e' quello che il resistore dovrebbe
presentare a 25 °C.
I valori di tolleranza normalmenti usati sono:
·
Altissima precisione per tolleranze inferiori del 0,25% e
0,1%.
·
Alta precisione per tolleranze del 0,5%, 1% e 2%.
·
Media precisione per tolleranze del 5% e 10%.e
·
Bassa precisione per tolleranze del 20%.
Il valore della resistenza e la tolleranza viene indicato
sul corpo del componente mediante un codice di colori a:
·
4 bande per le resistenze di bassa e media precisione.
·
5 bande per resistenze di alta precisione.
Tali codici soddisfano gli standards IEC 62 e DIN 41 429.
Di seguito viene riportata una tabella riassuntiva che
vale sia per il codice a 4 bande che per quello a 5.
In alcuni casi viene riportata un'ulteriore banda per
indicare il coefficiente di temperatura.
Cio' spesso contribuisce a generare un po' di confusione.
Codice a 5
bande di colore
|
COLORE |
BANDE 1, 2, (3) |
MOLTIPLICATORE |
TOLLERANZA |
COEFF TEMP |
|
NERO |
0 |
0 |
|
200 ppm/°K |
|
MARRONE |
1 |
1 |
1% |
100 ppm/°K |
|
ROSSO |
2 |
2 |
2% |
50 ppm/°K |
|
ARANCIO |
3 |
3 |
|
25 ppm/°K |
|
GIALLO |
4 |
4 |
|
15 ppm/°K |
|
VERDE |
5 |
5 |
0,5% |
|
|
BLU |
6 |
6 |
0,25% |
10 ppm/°K |
|
VIOLA |
7 |
7 |
0,1% |
5 ppm/°K |
|
GRIGIO |
8 |
8 |
|
1 ppm/°K |
|
BIANCO |
9 |
9 |
|
|
|
ORO |
|
-1 |
10% |
|
|
ARGENTO |
|
-2 |
5% |
|
|
SENZA COLORE |
|
|
20% |
|
Se le bande non sono centrate rispetto al corpo del
componente, si orienta questo in modo da avere a sinistra il terminale piu'
vicino alle bande.
Se invece le bande sono centrate, una che si trova agli
estremi deve essere piu' larga delle altre. Si orienta il componente in modo da
vederla a destra.
Nello standard a 4 bande si hanno solo 2 cifre
significative che corrispondono alle prime due bande A e B.
La terza banda e' il fattore di moltiplicazione mentre
l'ultima e' la tolleranza.
La formula per calcolare il valore e' (10XA+B) X 10^M
+/-T.
Nello standard a 5 bande si hanno 3 cifre significative
che corrispondono alle prime tre bande A, B e C.
La quarta banda e' il fattore di moltiplicazione mentre
l'ultima e' la tolleranza.
La formula per calcolare il valore e' (100XA+10XB+C) X
10^M +/-T.
Il valore della resistenza dei
resistori di potenza viene spesso indicato con delle sigle stampigliate sul
corpo del componente al posto del codice dei colori come segue:
|
VALORE DI RESISTENZA |
SIGLA |
|
0,33 OHM |
R33 |
|
3,3 OHM |
3R3 |
|
33 OHM |
33R |
|
330 OHM |
330R |
|
0,33 KOHM |
K33 |
|
3,3 KOHM |
3K3 |
|
33 KOHM |
33K |
|
330 KOHM |
330K |
|
0,33 MOHM |
M33 |
|
3,3 MOHM |
3M3 |
|
33 MOHM |
33M |
|
330 MOHM |
330M |
Esempio di siglatura delle resistenze di potenza
E' la massima tensione che puo' essere applicata in
continua al resistore; per i valori di resistenza superiori ai 100 ohm e' di
solito almeno di 1000 V.
La tensione massima dipende non solo dalla potenza che il
resistore e' in grado di dissipare, ma anche dalla rigidita' dielettrica del
materiale usato.
Alle alte frequenze bisogna tener conto degli effetti
parassiti del resistore reale.
Il circuito equivalente prevede una induttanza in serie e
una capacita' in parallelo alla serie RL.
I valori delle impedenze parassite dipendono dalla
tecnica costruttiva.
In genere l'induttanza parassita e' quella che alle
frequenze alte produce i maggiori problemi.
Alle basse frequenze l'effetto della capacita' e
dell'induttanza possono essere trascurate in quanto C si comporta come un
circuito aperto (altissima resistenza) e L si comporta come un corto circuito
(resistenza in serie praticamente nulla).
Aumentando la frequenza C tende ad abbassare il valore di
R mentre L tende ad alzarlo finche' alla frequenza 1/2PI*RAD(LC) la coppia LC
entra in risonanza compensandosi a vicenda.
Aumentando ulteriormente la frequenza L tende ad
annullare R (alzando il valore d'mpedenza del gruppo RL) mentre C tende a
cortocircuitare il segnale.
Come risultato la resistenza puo' essere utilizzato per
frequenze inferiori alla frequenza di risonanza del gruppo LC.
Un indice dell'influenza di questi effetti reattivi sulla
qualita' del resistore e' dato dall'angolo di fase FI.
FI = arctang(Xeq/Req)
Per tener conto degli effetti parassiti i costruttori
forniscono delle curve caratteristiche che indicano la variazione del valore
resistivo nominale in funzione della frequenza.
In alternativa forniscono il rapporto in % tra la
resistenza in alternata Rac e la resistenza in continua Rdc in funzione del
prodotto MHz x MHohm.
Per applicazioni in Alta Frequenza bisogna scegliere la
corretta famiglia di resistori per la banda di frequenze che si sta
utilizzando.
TECNICA COSTRUTTIVA
La struttura costruttiva di un resistore e' basata su:
·
SUPPORTO DI SOSTEGNO
·
ELEMENTO RESISTIVO
·
RIVESTIMENTO PROTETTIVO
L'elemento resistivo puo' essere:
·
A IMPASTO
·
A STRATO (FILM SOTTILE O FILM SPESSO)
·
A FILO
Le resistenze ad impasto sono piu'
robuste, meno ingombranti a parita' di potenza, meno induttive.
Esse consistono in un cilindretto di carbone impastato
con resina fenolica e stampato.
Il tutto viene racchiuso in un altro cilindretto
isolante.
Le resistenze a strato sono piu' stabili, meno rumorose e
normalmente piu' precise di quelle a impasto.
Si realizzano depositando una sottile pellicola di
materiale resistivo avvolto a spirale su un cilindretto ceramico.
Il materiale usato per la pellicola e' in genere carbone
o grafite e, per avere un alta stabilita', vengono anche usati degli ossidi
metallici.
Una lacca protettiva ricopre il tutto mediante
verniciatura.
Le resistenze a filo vengono utilizzate per dissipazioni
di potenza elevate oppure per ottenere delle precisioni molto elevate.
Sono realizzate avvolgendo del filo nichel-cromo o
costantana su un supporto ceramico o fibra di vetro.
Il tutto viene verniciato con lacca protettiva o annegato
in una cassettina ceramica con uno speciale cemento.
I resistori variabili si dividono in:
·
TRIMMER
·
POTENZIOMETRI
Tali componenti hanno tre terminali.
Quello centrale viene chiamato cursore.
Il valore della resistenza nominale indica la resistenza
totale tra i due terminali posti agli estremi.
Un altro parametro importante per i potenziometri e' la
legge di variazione della resistenza che puo' essere:
·
LINEARE (SIGLA = A, C1, LIN)
·
LOGARITMICA (SIGLA = B, C, C2)
·
LOGARITMICA INVERSA (SIGLA = E, BR)
Di seguito viene riportata una tabella con i valori di
resistenza normalizzata per i potenziometri e trimmer.
|
1 |
220R |
470R |
1K0 |
2K2 |
4K7 |
10K |
22K |
47K |
|
2 |
330R |
680R |
1K5 |
3K3 |
6K8 |
15K |
33K |
68K |
|
1 |
100K |
220K |
470K |
1M0 |
2M2 |
4M7 |
|
|
|
2 |
150K |
330K |
680K |
1M5 |
3M3 |
6M8 |
10M |
|
VALORI DI RESISTENZA NORMALIZZATA
Di seguito viene riportata una tabella con valori
particolari di resistenza per potenziometri e trimmer, ma che sono spesso
in uso.
|
250R |
500R |
2K5 |
5K0 |
25K |
50K |
250K |
500K |
2M5 |
5M0 |
VALORI DI RESISTENZA PARTICOLARI
Esistono dei resistori speciali che cambiano il loro
valore in funzione della temperatura (TERMISTORI).
Altri cambiano valore in funzione della tensione
(VARISTORI o VDB).
Esistono due tipi di termistori:
·
NTC con coefficente di temperatura negativo
·
PTC con coefficente di temperatura positivo
I termistori NTC hanno una diminuizione del valore molto
elevata al crescere della temperatura.
Essi sono usati per proteggere i filamenti dei tubi
elettronici collegati in serie per limitare il picco di corrente di accensione.
Negli stadi finali degli amplificatori BF con transistor
bipolari erano usati nei circuiti di polarizzazione per evitare fenomeni di
valanga termica.
I termistori PTC sono resistori non lineari in un certo
intervallo di temperatura con coefficiente positivo.
Per temperature piu' basse hanno un coefficiente di
temperatura zero o negativo.
Essi sono usati come come protezione termica
longitudinale e vanno collegati in serie al circuito da proteggere.
In questo modo sono in grado di limitare la corrente ad
un livello di sicurezza quando la tensione e/o la temperatura superano un
valore di soglia.
I VDB sono resistori non lineari la cui resistenza
dipende dalla tensione applicata ed in particolare il loro valore diminuisce al
crescere della tensione.
In condizione normali i VDB presentano un'elevata
resistenza.
Vengono collegati in parallelo al circuito da proteggere.
Quando la tensione supera un valore di soglia il valore
della resistenza diminuisce velocemente quasi a zero.
Come inconveniente i VDB presentano un valore di
capacita' parassita non nulla.
Quando le frequenze in ballo sono elevate si usano gli
scaricatori a gas che presentano invece delle capacita' di pochi picofarad.