Home | Argomenti Scolastici | pensieri semiseri | foto | link | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
sistemi chimica t.d.p elettronica Altre risorse scolastiche |
RESISTORI
La resistenza rappresenta la capacità di un corpo qualunque di opporsi al passaggio della corrente elettrica, e in un conduttore di lunghezza l e di sezione S, caratterizzato da una resistività ρ del materiale di cui è costituito, essa vale R = ρ
l/S
La resistività si misura in Ωm (ohm per metro). Di seguito riportiamo la resistività di alcuni materiali
Ad esempio una barretta di alluminio lunga 50 cm e con uno spessore di 2 mm2 offrirà una resistenza totale per completare I calcoli dobbiamo normalizzare tutte le unità di misura, per cui dobbiamo portare i μΩcm ad Ωm [1 μΩcm = 10-6 Ω*10-2m=10-8 Ωm] la sezione da mm2 a m2 [1 mm2 = 10-6 m2] la lunghezza da cm a m per cui Ancora come esempio
consideriamo un filo di 50 metri di oro
di spessore 5 mm2 Esso offrirà una resistenza totale Ancora come esempio
consideriamo un filo di 100 metri di
manganina di spessore 1 mm2 Esso offrirà una resistenza totale I resistori sono dispositivi impiegati nei circuiti elettrici reali che riproducono un particolare valore di resistenza. In commercio esistono vari tipi di resistori, che sostanzialmente possiamo dividere in due categorie: resistori a resistenza costante e resistori a resistenza variabile. Nella prima categoria troviamo resistori a strato, ad impasto e a filo, che sostanzialmente differiscono per la tecnologia costruttiva ma il cui valore ohmico, come dice il nome stesso, rimane costante; mentre nella seconda categoria troviamo potenziometri, trimmer, termistori e varistori, la cui resistenza varia in base al valore di una terza grandezza fisica quale la posizione di un cursore per potenziometri e trimmer, la temperatura per i termistori, e la tensione per i varistori.
Vari tipi di resistori a resistenza costante ParametriPoiché il comportamento di un resistore reale si discosta, seppur di poco da quello ideale di una resistenza, occorre tenere presente alcuni parametri che in pratica descrivono le caratteristiche reali di un resistore. Questi parametri vengono forniti dal costruttore del componente stesso, e sono -Valore nominale: rappresenta il valore di resistenza che il componente dovrebbe presentare a temperatura ambiente (25°C). -Tolleranza: poiché la realizzazione fisica di un resistore implica un certo fattore di precisione, il valore effettivo del resistore non coincide con il valore nominale. Per questo motivo viene indicata dal costruttore la tolleranza, cioè lo scarto percentuale massimo del valore di resistenza reale rispetto al valore nominale. Così, se per esempio un resistore ha valore nominale di 100 KΩ e tolleranza ±5%, vuol dire che il suo valore reale non è di 100 KΩ ma assume sicuramente un valore compreso tra 95 e 105 KΩ . -Potenza nominale: una resistenza attraversata da una corrente elettrica dissipa energia sotto forma di calore (effetto joule). La potenza dissipata, ovvero l'energia dissipata nell'unità di tempo, da una resistenza R attraversata da una corrente I e ai cui capi vi è una tensione V, è espressa dalla relazione P = V·I o anche P = R·I2 o P = V2/R Il
resistore reale dissipa questa potenza
attraverso la sua superficie. La potenza dissipabile dipende dalla
differenza
di temperatura fra l’interno della resistenza e
l’ambiente esterno, dalle
caratteristiche geometriche e fisiche della resistenza stessa. Quindi la potenza che esso
è in grado di
dissipare è limitata. Se si hanno due corpi a diversa
temperatura, il calore
"scorre" dal corpo caldo a quello freddo. Tale flusso può
essere più
o meno favorito sfruttando la proprietà termiche dei
materiali interposti tra i
due corpi. Fisicamente può essere introdotto il concetto di
resistenza termica dove
T1 e T2 sono le temperature dei due
corpi, P la potenza (cioè il calore prodotto
nell'unità di tempo) e Rth la
resistenza termica espressa in °C/W (trattandosi di una
differenza di temperatura,
ho preferito usare la nomenclatura più diffusa, comunque
numericamente
equivalente se avessi usato i kelvin invece dei gradi centigradi). La
resistenza termica tiene conto del
calore trasmesso per conduzione, per convezione e per irraggiamento ed
è un'astrazione
in quanto differenza di temperatura e calore trasmesso non sono
direttamente
proporzionali (soprattutto a causa dell'irraggiamento, legato alla
differenza
del quadrato della temperatura assoluta) e quindi la Rth non
è, a rigore, una
costante Questa potenza massima oltre la quale il resistore non può lavorare senza subire surriscaldamento, è definita potenza nominale. Il valore della potenza dei resistori rappresenta la massima potenza in watt che il resistore può dissipare in un ambiente con temperatura inferiore a 70 °C. Al di sopra di tale temperatura si applica un fattore di derating, cioè di riduzione della potenza dissipabile con legge lineare in funzione dell'aumento di temperatura. Sull’asse delle ascisse abbiamo la temperatura ambiente e sull’asse delle ordinate abbiamo la percentuale della potenza nominale dissipabile a quella temperatura. Ad esempio, se abbiamo una resistenza da 1 W, la curva di derating ci dice che a 90 °C, la potenza effettivamente dissipabile è il 75% della potenza nominale cioè 0,75 W. Tale parametro viene normalmente fornito dal costruttore. -Tensione nominale: è la massima tensione a cui può lavorare un resistore. Valori molto comuni sono 250V, 500V, 750V. -Coefficiente di temperatura: nei resistori il valore di resistenza varia con la temperatura. Entro certi limiti possiamo ritenere valida la seguente relazione lineare R = R0·(1+ α · Δ T) dove R0 è il valore della resistenza a 25°C, Δ T è la variazione di temperatura rispetto ai 25°C, e α è il coefficiente di temperatura. Tale coefficiente viene espresso in percentuale al grado (%/°C) o in parti per milione al grado (ppm/°C), e dipende sostanzialmente dal materiale di cui è costituito il resistore stesso. Se abbiamo ad esempio una resistenza da 100 KΩ a 25 °C, con un coefficiente di 25 ppm/°C, a 40 °C il valore della resistenza sarà R = 100*103*[1+25*10-6(40-25)]=100*103*(1+25*10-6*15)=100*103*(1+375*10-6)= =100.000*1.000375=100037,5 Ω -Stabilità: qualsiasi corpo è soggetto a deterioramento con il passare del tempo, e così anche i componenti elettronici. Questo invecchiamento, a seconda delle condizioni più o meno gravose di lavoro, nei resistori provoca una variazione più o meno marcata del valore di resistenza. La stabilità ci da modo di quantificare questa variazione fornendoci, in condizioni specifiche di carico e di temperatura, la variazione percentuale Δ R/R(%) in funzione delle ore di lavoro del resistore. ad esempio, dopo circa 300 ore di funzionamento, si ha una variazione ΔR che è lo 0.2% della resistenza di partenza. Se abbiamo una resistenza da 100 K, avremo una variazione ΔR=200 Ohm. Altri parametri, che però vengono considerati solo quando si è di fronte a particolari esigenze di progetto, sono: -Caratteristica resistenza-frequenza: è un parametro che viene considerato quando il circuito lavora con segnali a frequenze molto elevate, poichè a tali frequenze intervengono dei fenomeni capacitivi e induttivi, dovuti alle caratteristiche costruttive del resistore, che ne variano il valore di resistenza. Ad esempio, ad una frequenza di 10 MHz, la resistenza diventa lo 80% della resistenza iniziale. -Coefficiente di tensione: indica la variazione della resistenza al variare della tensione applicata, e si esprime in parti per milione al volt (ppm/V). -Tensione di rumore: nei conduttori vi è un moto caotico degli elettroni che genera una piccolissima tensione fluttuante ai loro capi. Il valore di questa tensione di rumore è proporzionale alla tensione continua che viene applicata ai capi del resistore e quindi viene espressa in µV/V. Resistori a resistenza costante: normalizzazioneI valori nominali disponibili per i resistori sul mercato non sono ovviamente infiniti. Sono state perciò definite delle serie commerciali, ciascuna comprendente dei valori cosiddetti normalizzati e delle tolleranze specifiche. In tabella 1 sono riportati i valori delle serie E6, E12, E24 che riguardano i resistori di uso generale, e delle serie E48, E96, E192 riguardanti i resistori di precisione. Le tabelle riportano valori che vanno da 1 a 10, per ottenere valori di altre decadi basta moltiplicare o dividere per potenze di dieci
Ad esempio vediamo che la serie E6 presenta il valore 4,7. questo significa che esistono resistori da valore nominale 470 ohm, 4,7 Kiloohm, 47 Kiloohm, e così via. Resistori a resistenza costante: codiciIl valore nominale e la tolleranza di un determinato resistore vengono indicati sulla superficie dello stesso tramite semplice scrittura in caratteri alfanumerici, o più frequentemente tramite un codice costituito da bande o fasce colorate, impresse sul corpo cilindrico del resistore, a cui si fa corrispondere un determinato valore o "peso" in base al colore. Questo codice, detto appunto codice dei colori, funziona così: le bande, che possono essere quattro o cinque, vengono lette a partire da quella più vicina al reoforo (ovviamente il gruppo delle bande è leggermente spostato verso uno o l'altro reoforo per consentire di identificare qual'è la prima banda), e se le bande sono quattro si considerano le prime due come valori numerici, la terza come fattore moltiplicativo per potenze di dieci, e infine la quarta come indice della tolleranza, il tutto in accordo con la tabella 2; se invece le bande sono cinque si considerano le prime tre come valori numerici, la quarta come fattore moltiplicativo, e l'ultima come indice della tolleranza, sempre in accordo con la tabella 2.
Per
esempio se un resistore di uso generale
presenta una banda blu (=6), poi una rossa (=2), poi una verde (=105),
ed
infine una di color oro (=5%), il valore di resistenza è
pari a 6,2 MΩ
coi una tolleranza del 5%; mentre se
un resistore di precisione (figura 1b) presenta una banda rossa (=2),
una
bianca (=9), una gialla (=4), una arancione (=103), ed infine una
marrone
(=1%), il valore è pari a 294 MΩ con una
tolleranza dell' 1% Esistono
anche dei resistori, molto poco
usati, che presentano un codice a sei bande, e questa sesta banda
indica il
coefficiente di temperatura. Per
quanto riguarda invece il codice
alfanumerico, che viene in genere usato per i resistori di potenza,
esso è
composto da due o tre cifre che rappresentano le cifre significative
del
valore, e da due lettere: la prima lettera viene inserita tra le cifre
ad
indicare il fattore moltiplicativo, mentre la seconda viene posta alla
fine del
codice e indica la tolleranza, tutto in accordo con la tabella seguente.
Ecco
un esempio
della corrispondenza di codici alfanumerici con i valori reali: R15K
= 0,15
Ω 10% Resistori a resistenza variabileTra
i resistori variabili, i più diffusi sono sicuramente
potenziometri e trimmer. In questi tipi di resistori la resistenza
nominale R
può essere suddivisa in due resistenze di valore R1 e R2,
tali che R1+R2=R,
grazie alla presenza di un cursore mobile cui fa capo un terzo
terminale.
Dal
punto di vista fisico potenziometri e
trimmer si distinguono dal fatto che nel primo caso il movimento del
cursore è
possibile attraverso una leva di una certa dimensione che viene fatta
ruotare
sul suo asse (potenziometri rotativi) o che viene fatta scorrere
longitudinalmente (potenziometri a slitta), mentre nel secondo caso le
dimensioni sono più ridotte e il movimento del cursore
è dato da un alberino
rotante manovrabile solo tramite cacciavite.
Sotto
l'aspetto
funzionale invece potenziometri e trimmer si distinguono dalla
tipologia di
impiego: infatti mentre i primi vengono generalmente usati per regolare
sistematicamente una grandezza di uscita (come ad esempio la
regolazione del
volume di un impianto stereo) e su cui quindi viene di norma montata
una
manopola, i secondi vengono montati direttamente sui circuiti stampati
e la
loro regolazione viene fatta solo in sede di taratura del circuito,
quindi in
genere poche volte nella vita dell'apparecchiatura.
Per
questi tipi di resistori, oltre
ai parametri già visti per i resistori in genere, si
aggiungono altri parametri
caratteristici che vengono forniti dal costruttore.
L'utilizzo
che si
può fare dei trimmer e dei potenziometri dovrebbe apparire
abbastanza chiaro:
sostanzialmente possono essere utilizzati o per fornire una tensione
tra il
cursore ed uno degli altri due terminali che sia una frazione di una
tensione
applicata tra i terminali estremi (figura 5a), o per ottenere un
semplice
resistore di cui possiamo variarne a piacimento il valore (figura 5b).
Tipi di resistoriresistori a strato sottile
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||