Resistori

I resistori sono componenti che oppongono resistenza al passaggio di corrente. Vi è un gran numero di differenti resistori, ognuno dei quali ha un suo specifico campo di utilizzazione. Vi sono due classi di resistori: quella dei resistori a resistenza costante e quella dei resistori a resistenza variabile dipendenti da una grandezza meccanica (potenziometri), dalla temperatura (termistori), dalla luce (fotoresistori), dalla tensione (varistori).

Resistori a resistenza costante (fissi)
Resistori ad impasto
Sono costituiti da una miscela di carbone (o grafite), talco e argilla legati insieme da resine fenoliche in proporzioni varie a seconda del valore di resistenza che si vuole ottenere; il tutto viene pressato a caldo in forma cilindrica, i terminali metallici (reofori) sono affogati nella massa compressa.

Per la completa polimerizzazione delle resine si sottopone il cilindro a un trattamento termico, infine lo si riveste con una custodia isolante (bachelite o ceramica), si bloccano gli estremi con un cemento isolante e si protegge la custodia isolante con verniciatura a lacca isolante.

Indipendentemente dal valore resistivo, i resistori ad impasto sono realizzati in formati con dimensioni diverse a seconda della potenza dissipabile; i tipi di impiego commerciale hanno potenze nominali dissipabili di 1/4; 1/2: 1; 2 Watt; per applicazioni particolari sono anche realizzati resistori con potenze maggiori di 2 Watt.
I resistori ad impasto hanno il valore di resistenza con tolleranza piuttosto elevata, presentano robustezza sia meccanica che elettrica, sono di piccole dimensioni, hanno induttanza parassita praticamente nulla.


Resistori a filo
Sono costituiti da un filo metallico avvolto su un supporto ceramico cilindrico o di bachelite: il tutto viene protetto mediante laccatura resistente a temperature massime di lavoro intorno ai 150 °C, o mediante vetrificazione di uno smalto resistente o temperature fino a 350 °C; i due estremi del filo sono generalmente fissati con fascette metalliche che fanno anche da terminali.
Per potenze intorno al centinaio di Watt (o maggiori), per non ostacolare lo smaltimento di calore, non sin fa uso di rivestimenti, I fili metallici usati sono generalmente costituiti da leghe di nichel-cromo (per alte potenze), di nichel-cromo-alluminio (per alti valori di resistenza), di nichel-rame (per resistenze ad alta precisione): il diametro dei fili dipende dal valore della resistenza da realizzare, dalle dimensioni del supporto e dal tipo di lega usato.

Le precisioni ottenibili con i resistori a filo con potenze fino a 5 Watt sono molto elevate, quindi sono usati per costruire strumenti di misura, apparecchiature professionali e resistenze campioni con precisione filo allo 0.001 %.
Nel tempo mantengono immutato il valore resistivo nominale (stabilità).

A causa dell’avvolgimento del filo questi resistori non possono essere impiegati con alte frequenze per l’insorgere di forze elettromotrici indotte: per ridurre questi effetti reattivi si realizzano gli avvolgimenti (bifilari) in modo da creare due flussi magnetici che si compensano a vicenda (avvolgimento Ayrton-Perry).


Resistori a strato (o film)
I resistori a strato sono costituiti da una sottile pellicola di materiale resistivo (qualche mm) avvolta su un supporto cilindrico isolante: sulla pellicola viene praticato un solco che attraversa a spirale tutto il cilindro; i terminali vengono generalmente fissati a pressione agli estremi del cilindro che viene rivestito da un involucro isolante. I resistori a strato hanno precisione e stabilità elevate, corrente di rumore contenuta e buon comportamento alle alte frequenze. I tipi di materiale che costituiscono lo strato sono il carbone, l’ossido di metallo, i metalli, le vernici metalliche.

Resistori a strato di carbone: L’elemento resistivo è costituito da grafite posto su supporto ceramico. Questi resistori non devono essere usati ad alte temperature: i valori di resistenza vanno da 1Ω a 20 MΩ con tolleranze del 5%, 2%, 1%; I valori di potenza dissipata sono di1/8, 1/4,1/2,1 1,5 e 2 Watt.

 

Resistori a strato di ossido di metallo: L’elemento resistivo è costituito do una sottile pellicola di ossido di metallo depositato su un cilindro ceramico: i valori di resistenza vanno da 1Ω a 2 MΩ con tolleranza dal l% al 5% che non varia nel tempo: i valori di potenza dissipata sono 1/4, l/2 ,1 Watt queste resistenze possono essere usate a temperature più elevate di quelle a cui possono operare i resistori a strato di carbone.

Resistori a strato metallico: L’elemento resistivo è costituito da una sottile pellicola di nichel-cromo depositato su un cilindro ceramico: questi resistori non sono soggetti ad apprezzabili variazioni di resistenza la tolleranza del comune valore di resistenza va da. 0.1% al 1%, mentre per resistori ad altra precisione la tolleranza va da 0.001% allo 0.1%.

 

Resistori a strato ceramico: L’elemento resistivo è costituito da una spessa pellicola di un miscuglio di materiale ceramico e metallico (Cermet): i valori di resistenza sono compresi fra 10KΩ e 1 TΩ con tolleranza del 1% e potenza dissipata fino a 2 Watt. I resistori sono adatti alle alte tensioni e presentano un eccellente rapporto dimensione/potenza. Inoltre hanno un rivestimento epossidico ignifugo.

Shunt:Uno shunt, è chiamato a volte anche derivatore di corrente, è una resistenza elettrica che devia attraverso di se una parte più o meno consistente della corrente circolante in un circuito principale a cui è posto in parallelo. L’entità della corrente deviata dipende dal valore resistivo (in Ohm) dello shunt rispetto al circuito in parallelo. Caratteristica primaria della lega resistiva che lo compone è la bassissima variazione della resistenza con il variare della temperatura, ed è formata da materiali resistivi tipo Rame-Nichel, Alloy, ecc


Altri tipi di resistori

Reti resistive: Le reti resistive sono alloggiate in un supporto a basso profilo con superficie conformemente rivestita di vernice protettiva.Ogni elemento contiene più resistenze singole, o 4, 7, 8 o 9 resistenze con allacciamento in comune con valore identico e tolleranza della resistenza del 2%. Le reti resistive sono adatte nei circuiti ad alta densità componentistica
Le applicazioni tipiche sono: abbassamento/innalzamento della tensione, convertitori DAC ecc.

Resistori di potenza corazzati: Sono resistenze con alloggiamento in alluminio, ideali nel caso in cui sia richiesta una dissipazione di elevate potenze in uno spazio ridotto.
L’elemento resistivo a nastro o a filo ed è avvolto in un nucleo in ceramica ad elevata conduttività termica. Tale particolare combinazione assicura una buona protezione contro l’umidità, un’ottima conduttività termica e una resistenza d’isolamento estremamente elevata.
L’avvolgimento è realizzato con uniformità di passo e massima copertura dell’intero supporto, per ottenere un alto fattore dissipativo. Valori resistivi disponibili della serie E-12 con tolleranza della resistenza del ±5% e temperatura di funzionamento da -55°C a +200°C . Dissipatore ad alta conducibilità termica.

Resistori a film spesso: Le resistenze a film spesso, su involucro TO-126 o SOT227, hanno potenze di 15÷200W. Sono resistenza non induttive, sono ideali per alte frequenze. Possibilità di montare un dissipatore termico, involucro isolato elettricamente (1500Veff)
Valori resistivi da 0,001Ω a 10KΩ con tolleranza dal ±1 a 5% Rapporto Potenza/Volume elevatissimo. Montaggio e cablaggio facilitati con sensibili vantaggi di costo.

 Sono resistori miniaturizzati a film spesso in formati industriali standard 01005, 02010402060308051206121018122010 e 2512 rispettivamente di 0,4 mm × 0,2 mm, 0,6 mm × 0,3 mm, 1,0 mm × 0,5 mm, 1,6 mm × 0,8 mm, 2,0 mm × 1,25 mm, 3,2 mm × 1,6 mm, 3,2 mm x 2,5 mm, 4,6 mm × 3,0 mm, 5,0 mm x 2,5 mm, 6,3 mm × 3,0 mm

Il processo di messa in contatto di 3 strati con barriere di nichel impedisce la dissoluzione e garantisce un’eccellente capacità di saldatura. La stretta tolleranza sulla larghezza dell’elettrodo inferiore impedisce il seppellimento quando si salda il chip ad onda. Forniti su nastro da 8mm e marcati singolarmente con Codice a 3 cifre o EIA. Valori resistivi disponibili della serie E-96

Resistore magnetico: E’ un resistore magneticamente controllabile a semiconduttore. Il valore di resistenza può essere controllato da un campo magnetico. Può avere substrati in materiali ferrosi e/o in plastica. I substrati ferrosi sono in materiale ferromagnetico con grande permeabilità. I substrati in plastica o di ceramica dello spessore di circa 0.1 millimetri sono in antimoniuro di indio. All’interno di questo substrato ci sono aghi di Nickel-antimonio, il quale possiede una buona conducibilità. Il valori di resistenza del Resistore magnetico dipendono dalla dimensione e dalla costruzione e possono variare (senza campo magnetico) da pochi Ohm a diversi KOhm. Il fornitore Infineon ha arrestato la produzione durante l’anno 2003. Attualmente si trovano in commercio alcuni tipi della Philips come ad esempio l’KMZ10B_3.

La figura mostra il grafico della resistenza che dipende della densità magnetica B del flusso e il senso degli spostamenti del campo magnetico. C’è dipendenza lineare fra il flusso magnetico e la tensione applicata. Le applicazioni del Resistore magnetico sono adatte ad interruzioni senza contatto.
Riferendosi alla figura è indicata una curva caratteristica di resistenza/densità magnetica del magnetoresistore. La curva è sostanzialmente lineare quando il flusso magnetico applicato è più grande di circa 2600 Gauss. Più grande è la variazione di densità magnetica sul magnetoresistore, più grande sarà la resistenza del magnetoresistore.

Normalizzazione e codificazione

Le specifiche tecniche per una resistenza sono:
Valore ohmico nominale, tolleranza, potenza nominale dissipabile. diagrammi potenza-temperatura,coefficiente di temperatura, tensione nominale massima, tensione di rumore, coefficiente di tensione, caratteristica resistenza-frequenza e rumore termico. Le prime tre sono sempre fornite.
Valore ohmico nominale e tolleranza: Il valore ohmico effettivo di un resistore generalmente non coincide con il valore nominale indicato, ma se ne discosta per uno determinata quantità espressa in percentuale (%) di tolleranza rispetto al valore nominale. La tolleranza è comunemente indicata in valore assoluto e condiziona la scelta dei valori nominali.
Abbiamo 6 diverse serie di resistori a cui corrispondono determinate tolleranze

In tabella sono riportati i valori normalizzati delle varie serie: gli altri valori sono ricavabili moltiplicando per 10.
Codificazione : Il valore nominale e la tolleranza della resistenza sono indicati sui resistore mediante stampigliatura o mediante codificazioni.
I codici più usati sono: il codice colore Resistore_4_bande, il codice colore Resistore_5_bande , codice colore Resistore_6_bande e il codice BS1852.

Potenza nominale dissipabile: E’ espressa in Watt ed indica la potenza elettrica che può essere dissipata nel componente ad una determinata temperatura ambiente senza che intervengano alterazioni permanenti della struttura del resistore; la potenza elettrica tollerata senza alterazioni è tanto più bassa quanto più elevata è la temperatura ambiente.
L’aumento della temperatura del resistore in funzione della potenza dissipato viene espresso mediante un diagramma.
Coefficiente di temperatura: Indica la variazione della resistenza in funzione della temperatura e viene espressa in parti per milione per grado centigrado ppm/°C.

Tale variazione dipende dalla qualità del materiale impiegato.
In alcuni resistori tale coefficiente di temperatura viene indicato usando una banda di colore aggiuntiva, distanziata dalle bande di colore usate per indicare il valore e la tolleranza della resistenza.
Tensione nominale massima: Indica la tensione di superamento della rigidità dielettrica dei materiali isolanti del resistore. Di solito per resistori superiori ai 100Ω è di 1000V.

Tensione di rumore: Essa indica le fluttuazioni di tensione che si verificano ai capi di un resistore per l’effetto Johnson. Tale fenomeno e’ dovuto al moto caotico degli elettroni liberi per agitazione termica.
I resistori chimici e a deposito di carbone hanno, oltre il rumore termico, il rumore 1\f : quest’ultimo dipende dalla corrente attraverso il resistore e dalle caratteristiche del resistore stesso e diviene prevalente alle frequenze basse.
Nei circuiti a bassa frequenza e per piccoli segnali è perciò necessario usare resistori a film metallico o a filo avvolto.
Il rumore viene espresso come Tensione di Rumore.

Il valore efficace di questo rumore dipende dalla banda di frequenze in uso e dalla temperatura secondo la relazione:

Veff.=

dove:
K = Costante di Boltzmann 1,3806505 x 10-23 (J/°K)
T = Temperatura assoluta °K alla quale si trova il resistore
R = Resistenza nominale
ΔF = Intervallo di frequenza considerato

Il rumore diventa importante nei primi stadi degli amplificatori di segnale sia in bassa che in alta frequenza.
Coefficiente di tensione: Indica la variazione del valore resistivo in funzione della tensione applicato: è generalmente misurata in ppm/V.
Caratteristica resistenza-frequenza: Indica la variazione della resistenza al variare della frequenza (Vedi Tensione di rumore)

Rumore termico (Johnson-Nyquist): Il rumore termico è causato dal moto termico casuale dei portatori di carica nel conduttore e dipende dalla temperatura assoluta T osservato sperimentalmente nel 1927 da J.B. Johnson (Bell Telephone Laboratories) misurando il rumore termico su resistori.
H. Nyquist nel 1928 fornisce l’analisi teorica del fenomeno in base ai principi della termodinamica e della meccanica statistica.
Per questa ragione il rumore termico viene spesso denominato rumore Johnson oppure rumore Nyquist.

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