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Unità 2 - Resistori

1 Generalità e parametri caratteristici

Un resistore è un componente commerciale costruito per avere un valore noto di resistenza. Ricordiamo che:

  • un conduttore è un corpo che può essere attraversato da corrente
  • la resistenza è il parametro principale dei conduttori e quantifica quanto viene ostacolata la corrente
  • nei conduttori vale la legge di Ohm $$V=RI$$, che dice che tensione e corrente sono proporzionali
  • la definizione di resistenza è la legge di Ohm scritta così: $$R=V/I$$
  • nei conduttori il morsetto positivo della corrente è quello dove entra la corrente (il conduttore assorbe energia)

La figura 1 mostra i due simboli utilizzati per i resistori; la figura 2 i versi di corrente e tensione nei resistori.

I parametri più importanti per un resistore sono:

  • il valore nominale della resistenza, cioè il valore dichiarato dal costruttore
  • la tolleranza, cioè la massima differenza tra il valore vero della resistenza e quello nominale, espressa percentualmente
  • la potenza nominale, cioè la massima potenza che il componente è in grado di dissipare senza rompersi

2 Serie commerciali e codice colori

I resistori sono prodotti in serie commerciali indicate con la lettera E seguita da un numero che indica quanti valori sono disponibili in una decade. I valori disponibili sono standardizzati e “distanziati” tra loro in base a una tolleranza tipica della serie in modo da evitare sovrapposizioni. Ad esempio la serie E6 (tolleranza tipica 20%) contiene i valori:

10, 15, 22, 33, 47, 68

Mentre la serie E12 (tolleranza tipica 10%) i valori:

10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82

Osserviamo che:

  • la distanza tra un valore e l'altro aumenta al crescere del valore (altrimenti, considerato il valore di tolleranza tipico, si avrebbe una sovrapposizione tra valori successivi1) )
  • la serie E12 contiene i valori della E6 e li intervalla con altri valori
  • per le serie fino alla E24 i valori sono individuati da due sole cifre cifre, per le serie successive ne servono tre

I valori di resistenza disponibili si ottengono moltiplicando i valori della serie per un moltiplicatore che è una potenza di 10, ad esempio:

0,1  1 10 100 1000 10000

Le serie più utilizzate sono la E6, in particolare per i condensatori, e la E12 per i resistori (disponibile anche con tolleranza 5%). La tabella 2 elenca i valori delle serie E6, E12 ed E24; la tabella 3 quelli delle serie E48, E96 e E192.

Nei resistori a foro passante si usa un riportano sul loro involucro (package) il loro valore di resistenza e tolleranza usando un codice a bande colorate dove i colori codificano dei valori numerici che permettono di individuare il valore di resistenza e tolleranza.

I resistori riportano sul loro contenitore (package) il valore della loro resistenza e tolleranza. Nei resistori a foro passante di piccola potenza si usa un codice a bande colorate che permette di individuare il valore di resistenza e tolleranza codificando i valori numerici con dei colori. Per i resistori delle serie E6, E12 e E24 sono presenti quattro bande colorate che vanno così interpretate:

  • le prime due bande individuano le due cifre del valore della serie commerciale2)
  • la terza il moltiplicatore, cioè l'esponente della potenza del 10 che moltiplica il valore della serie (o più banalmente il numero di zeri da aggiungere al valore della serie)
  • la quarta banda indica la tolleranza

La tabella 4 mostra la corrispondenza tra colore e valore numerico per le quattro bande3).

3 Potenza e altri parametri dei resistori

Un resistore assorbe potenza elettrica a causa dell'effetto Joule:

$$P_a=RI^2$$

Questa potenza viene dissipata in calore e determina:

  • un aumento della temperatura interna del componente
  • un scambio di calore se il componente non è alla stessa temperatura dell'ambiente; in particolare il componente cede calore se si trova a un temperatura maggiore di quella dell'ambiente

La potenza dissipata verso l'ambiente (calore scambiato al secondo) si può calcolare come:

$$P_d = (T_i - T_a)/R_(th)$$

dove Ti è la temperatura interna del componente, Ta quella dell'ambiente e Rth la resistenza termica tra componente e ambiente.

Dopo un certo tempo il resistore raggiunge l'equilibrio termico: la sua temperatura smette di aumentare e la potenza assorbita è ceduta all'ambiente (Pa = Pd).

Quando si impiega un resistore occorre verificare che la potenza assorbita (e dissipata) sia minore di quella nominale dichiarata dal costruttore; se si supera il valore nominale la temperatura interna del resistore supera quella massima ammissibile e il componente si danneggia. Nel fare questa verifica occorre anche tener conto della temperatura ambiente perché maggiore è la temperatura dell'ambiente e minore è la quantità di calore che il resistore può smaltire verso l'esterno, di conseguenza il valore massimo di potenza deve essere ridotto per evitare di danneggiare il componente. I costruttori forniscono delle curve di derating che riportano graficamente la potenza massima dissipabile in funzione della temperatura ambiente (vedi figura 6). Per facilitare lo scambio di calore - quindi dissipare maggiore potenza verso l'esterno - si può utilizzare un dissipatore, cioè un elemento metallico con un'adeguata superficie che, una volta montato sul contenitore diminuisce la resistenza termica.

La resistenza dei resistori dipende - in modo più o meno evidente a seconda del materiale impiegato - anche dalla temperatura. Infatti la resistività ρ dei materiali dipende dalla temperatura secondo la relazione:

$$rho = rho_0 (1+ alpha Delta T)$$

Dove ρ0 è la resistività ad una temperatura di riferimento, α è il coefficiente di temperatura in °C-1 e ΔT la variazione di temperatura rispetto a quella di riferimento. Dal momento che la resistenza di un conduttore dipende direttamente dal valore della resistività vale anche la relazione:

$$R = R_0 (1+ alpha Delta T)$$

dove R0 è la resistenza ad una temperatura di riferimento. Il coefficiente di temperatura rappresenta la variazione relativa di resistenza per ogni grado di variazione di temperatura ed è spesso espresso in [ppm/°C] (parti-per-milione per ogni grado centigrado)4).

Il valore della resistenza può cambiare nel tempo; se ne tiene conto con la stabilità, un parametro che indica la variazione percentuale della resistenza dopo 1000 ore di funzionamento in condizioni standard.

4 Tecnologie costruttive

5 Resistori variabili

6 Resistori speciali: varistori, fotoresistori, reti resistive

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1)
ad esempio: 10 + 20% = 12 e 15 - 20% = 12
2)
per le serie successive si usano cinque bande e le prime tre individuano il valore della serie commerciale
3)
è indicata anche la corrispondenza tra colore e coefficiente di temperatura che è indicata nei resistori di precisioni con una sesta banda
4)
Per quei resistori il cui valore è influenzato da quello della tensione esiste una relazione simile, con un coefficiente di tensione Kv che indica la variazione relativa della resistenza per ogni Volt di variazione della tensione
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unita_2_2.1456088806.txt.gz · Ultima modifica: 2020/07/03 17:59 (modifica esterna)