RESISTORI E CALCOLO VALORE RESISTENZA

NE555   Tutorial con Strumento di Calcolo Automatico Valore Resistenze a Partire dal Codice Colori, tipi di Resistori, Serie Parallelo e Potenza da utilizzare…

 

 

 
 



 

STRUMENTO AUTOMATICO DI CALCOLO VALORE RESISTENZA

Utilizzare il menù a tendina per selezionare il colore delle strisce stampate sul componente per trovare il suo valore di resistenza. È possibile utilizzare i seguenti strumenti per resistori 3, 4, 5 o 6 bande:


 




 
COSA È UN RESISTORE

Il nome tecnico del componente è resistore anche se molte volte viene chiamato resistenza visto che il suo scopo è proprio quello di fornire una resistenza elettrica tra due nodi. Il resistore ideale è un elemento che risponde alla legge di Ohm ovvero V=R*I quindi la tensione ai suoi capi è pari al valore di resistenza moltiplicata la tensione che vi fluisce. La resistenza è una proprietà dei materiale che indica la difficoltà che ha la corrente ad attraversarli. In particolare la resistenza dipende dal materiale ma anche dalla sua sezione e lunghezza. In particolare la resistenza elettrica segue la legge “R = r x l/S” dove “r” è la resistività del materiale, “l” la lunghezza del conduttore ed “S” la sezione.

In realtà il resistore ideale non esiste perché il valore di resistenza dipende dalla temperatura, inoltre il resistore ha elementi parassiti che si fanno sentire quando si lavora in tensione alternata, specialmente ad alta frequenza. Le forme dei tipici resistori usati sono le seguenti:

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Tutti gli altri resistori che vengono usati sono solitamente derivazioni di questi modelli.

Il resistore reale ha una potenza massima che può dissipare oltre la quale si brucia. Per via dei processi costruttivi un resistore non può avere in modo preciso il valore di targa, avrà una certa tolleranza che è un valore che si somma e sottrare al valore nominale. È solitamente espresso in percentuale (ad esempio 5%) e indica di quanto si discosta il valore reale da quello nominale (ad esempio resistenza con valore nominale 100 Ohm e tolleranza 5% il valore reale è compreso nel range di 100 – (5/100)*100 = 95 Ohm e 105 Ohm).

In questo tutorial vedremo come calcolare a mente o carta e penna il valore delle resistenze, i vari tipi di resistori esistenti, la serie parallelo e la potenza dei resistori.
 
CODICE COLORE

Il codice colori delle resistenze è uno strumento che permette di comprendere il valore del resistore partendo da informazioni visive, ovvero strisce colorate sul corpo delle resistenze. Il numero di strisce può essere 3, 4, 5 o 6 e indica il valore di resistenza, la tolleranza di questo valore e anche nel caso di 6 strisce la costante di temperatura.

Per i resistori a 3 e 4 bande si usa la seguente tabella:

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L’ordine delle bande è semplice da comprendere, come si vede dall’immagine la quarta banda è solitamente distanziate dalle altre ed indica la tolleranza, quindi ai fini del calcolo del valore nominale non interessa. Se il resistore non ha la quarta banda allora ha una tolleranza di ±20% e inoltre per comprendere l’ordine si considera che le bande sono poste più verso la sinistra, quindi la prima banda è quella più a sinistra rispetto l’inizio dei terminali di una resistenza. I resistori migliori hanno la quarta banda viola essendo la tolleranza minore.

La prima banda forma il primo numero, la seconda il secondo numero mentre la terza è il moltiplicatore e sono tutte potenze di 10, ovvero in ordine 0.01, 0.1, 1, 10, 100, 1000, 10000, 100000 e così via.

Supponiamo una resistenza con bande viola, verde, marrone e oro; la tolleranza è 5%, il valore sarà viola = 7, verde = 5, quindi 75 moltiplicato per marrone = 10 quindi 750 Ohm.

Supponiamo una resistenza a 3 bande con colori arancio, arancio e oro; visto che non vi è la 4 banda la tolleranza è del 20%, la striscia più vicina ai terminali è quella arancio, quindi avrò arancio = 3, arancio = 3 quindi 33 moltiplicato per oro = 0.1 quindi un valore di resistenza di 3.3 Ohm.

Purtroppo i valori di resistenza non sono infiniti, ma sono quantizzati e divisi in serie. Per i resistori a 3-4 bande si hanno le serie E6, E12 ed E24 con i seguenti gruppi di valori (10 15 22 33 47 68), (10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82) e (10 11 12 13 15 16 18 20 22 24 27 30 33 36 39 43 47 51 56 62 68 75 82 91). Consideriamo la serie E24 i numeri tra parentesi indicano il valore delle prime due bande, quindi ad esempio considerando 33 avrò 0.33, 3.3, 33, 330, 3300 e così via ma non trovo valori nominali di 31 Ohm ad esempio.

Per i resistori a 5 e 6 bande si usa la seguente tabella:

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Anche in questo caso vi è una certa distanza tra le prime bande e l’ultima per identificare il numero delle bande oppure la prima banda sarà anche leggermente più verso l’esterno rispetto all’ultima banda.  Un altro metodo per riconoscere l’ordine è quello di fare l’ultima banda più grossa.

Questa volta il numero viene formato dalle prime tre bande, la quarta è il moltiplicatore, la 5 la tolleranza e la sesta, nel caso ci fosse indica la costante di temperatura.

La costante di temperatura indica quanto varia in parti per milione il valore della resistenza per ogni grado centigrado. Supponiamo di avere una resistenza da 1000 Ohm con una costante di temperatura pari a 100ppm/K e che la temperatura varia di 10K. Il calcolo sarà R(T+DT)=R_nominale(1+(DT x Temco)/1000000) = 1000 (1 + ( 10 x 100)/1000000) = 1000 + 1 Ohm. La costante di temperatura può essere negativa o positiva.

Supponiamo di avere una resistenza a 5 bande marrone, rosso, nero, marrone e viola; la tolleranza sarà 0.1% mentre il valore di resistenza sarà marrone=1 rosso=2 nero=0 quindi 120 con moltiplicatore marrone=10 in totale 1200.

Supponiamo di avere una resistenza a 6 bande; la sesta banda è rosso, quindi una costante di temperatura di 50ppm/K mentre le altre bande sono bianco=9 marrone=1 marrone=1 quindi 911 e come moltiplicatore rosso=100 quindi in totale 91100 Ohm ovvero 91.1kOhm.

Le serie delle resistenze a 5 e 6 bande sono la E48 (tolleranza minima 2%) la E96 (tolleranza minima 1% e la serie E192 (tolleranza 0.5%) e grazie all’ultima serie sono presenti più di 19200000 valori di resistenze.

 

SERIE PARALLELO E POTENZA MASSIMA

I resistori possono essere connessi in serie o parallelo; la definizione tecnica è che due o più resistori sono in serie quando in tutte scorre la stessa corrente mentre sono in parallelo quando ai capi di due o più resistenze vi è la stessa tensione ai capi. Consideriamo:

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Se si considera una corrente entrante nella prima resistenza poi questa corrente deve scorrere in tutte le altre, non ha altre vie mentre considerando il parallelo allora tutti i terminali superiori sono connessi insieme e i terminali inferiori sono tutti connessi tra loro, quindi a forza la tensione ai capi è uguale.

Le resistenze equivalenti sono: R_eq_serie=R1+R2+….+Rn ovvero la resistenza equivalente serie è data dalla somma di tutti gli elementi in serie mentre per il parallelo si avrà 1/R_eq_par = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn ovvero l’inverso della resistenza equivalente è dato dalla somma degli inversi delle resistenze nel parallelo. Semplicemente nel caso di due resistenze si avrà R_eq_par = (R1 x R2)/ (R1 + R2).

La potenza supportata da una resistenza indica la potenza che essa può dissipare senza danneggiarsi. I resistori che solitamente sono i più comuni sui circuiti stampati hanno una potenza di ¼ ovvero 0.25W quindi bisogna stare attenti che la potenza che dissipa sia almeno il 70% di quella massima, quindi 0.175 circa. Supponiamo che in una resistenza scorre una corrente di I=10mA e la resistenza ha un valore R=470 Ohm; la potenza sarà P = R x I^2 = 470 x (0.01)^2 = 0.047W quindi la potenza dissipata è minore della massima.

Se ho una resistenza di valore R=100 Ohm e ai suoi capi ci sono V=20V allora la potenza sarà P = (V^2)/R = (20^2)/10 = 4W quindi una resistenza da ¼ non va bene ma serve una resistenza da almeno 5W.

Se le resistenze sono in serie o parallelo la loro potenza aumenta, ovvero, se ho due resistenze da 1/4W in serie con valore di 100 Ohm è come avere un resistore da 200 Ohm con potenza 1/2W. Gli elementi parassiti peggiorano, l’induttore parassito raddoppia mentre la capacità parassita si dimezza nel caso di due resistori. Se ho due resistori da 1000 Ohm con potenza 1/4W allora la resistenza equivalente avrà un valore di 500 Ohm con potenza 1/2W e induttanza parassita dimezzata ma capacità parassita raddoppiata.

 

LE VARIE TECNOLOGIE COSTRUTTIVE PER I RESISTORI

I resistori possono essere costruiti in vario modo e ogni modo costruttivo ha caratteristiche diverse. Le tecnologie dei resistori sono sostanzialmente 3:

  • Resistori a impasto: il resistore è composto da un tubo di ceramica o bachelite (la stessa presente sui chip) riempito da un impasto formato da materiale conduttore (grafite) e materiali inerti. La percentuale della mistura conduttori-inerti condiziona il valore della resistenza elettrica. Sono così fatti:NE555   Sono i più vecchi, meno costosi e ormai in disuso con meno precisione delle tecnologie successive. Permettono però di avere una potenza maggiore a parità di dimensione, elementi parassiti minori (induttanza minore) e sono più robusti.

 

  • Resistori a strato o a film: sono formati da un sottile strato di materiale semiconduttore su supporto di materiale inerte. Il tipo di materiale dipende dal valore di resistenza e se si vogliono valori elevati di resistenza allora si va a spiralizzare il materiale conduttore intorno al supporto. Si dividono in due gruppi; a film sottile (500 micrometri circa) e a film sottile (minore di 5 micrometri). Inoltre una tecnica che viene usata per avere valori molto precisi è quella della calibrazione; parte del film viene rimosso o spiralizzato fino ad ottenere il valore preciso di resistenza. NE555   Il film o strato può essere fatto di grafite (sono i più comuni, precisione fino all’1% ma temperature di esercizio limitate), di metallo (garantiscono ottima stabilità termica, basso rumore, ottima precisione, circa 0.1%, ma sono meno resistenti a picchi di potenza) e infine lo strato può essere di ossido di metallo. Per i film spessi invece il film è composto da una lega di vetro e metalli che permette di avere ottime risposte in frequenza e dissipare buone potenze, oppure con un materiale detto cermet ovvero materiali conduttori, ossidi, ceramiche impastati in resine sintetiche e sono usati per la ottima risposta in frequenza e per il range di temperatura e valori disponibili.
  • Resistori a filo: questa tecnica è usata per i resistori ad alta potenza supportata e consiste nell’avvolgere un filo metallico (nichel-cromo, nichel-rame, nichel-cromo-alluminio, nichel-ferro) su un supporto metallico in modo tale da raggiungere la resistenza desiderata. Per come è costruito ha una induttanza parassita elevata, si utilizzano quindi avvolgimenti anti-induttivi detti Ayrton-Perry che riducono il valore dell’induttanza parassita anche se aumenta il valore della capacità parassita.

I resistori SMD utilizzano una tecnologia a filo e usano una codifica simile alla sigla dei condensatori per indicare il valore.
 




 

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