Rezistenta electrica (rezistorii)

1. Introducere

Ce fac rezistorii? Rezistorii limitează curentul electric. Să luăm spre exemplificare o aplicaţie simplă: conectăm un rezistor cu un led în serie.


Curentul electric este destul de mare pentru a face LED-ul să lumineze, dar nu este destul de mare ca să producă daune acestuia. In exemplul de mai sus rezistenta electrica are rolul de a limita valoarea curentului prin LED la o valoarea nominala proprie utilizarii acestuia (dată de catalog). Totodata, prin limitarea curentului va aparea o diferenta de potential pe rezistenta electrica inseriata cu LED-ul si LED. Ambele diferente de potential insumate trebuie sa dea tensiunea de alimentare a circuitului, in cazul nostru 9V.

Rezistenţa electrica caracterizează orice conductor electric. Spre exemplu, pentru un conductor omogen, valoarea rezistenţei este:

 unde:

• ρ este rezistivitatea materialului din care este făcut conductorul, măsurată în ohm · metru;
• l este lungimea conductorului, măsurată în metri;
• S este secţiunea transversală a conductorului, măsurată în metri pătraţi.

Într-un circuit electric, valoarea rezistenţei se calculează cu ajutorul legii lui Ohm, fiind egală cu raportul dintre tensiunea U aplicată la bornele sursei şi intensitatea I a curentului care circulă prin conductor.

2. Variaţia rezistenţei electrice în funcţie de temperatură

Rezistenţa ohmică a metalelor creşte cu temperatura iar a cărbunelui şi a lichidelor scade cu cît temperatura lor creşte. Rezistenţa electrică a cuprului creşte cu 4% la o încălzire de 10°C. Modul cum variază rezistenţa ohmică a unui conductor electric în funcţie de temperatură se poate determina folosind următoarea relaţie:

 unde:
t2 este temperatura finala; t1 este temperatura iniţială; R2 este rezistenţa electrică a materialului la t2 (rezistenţa finală); R1 este rezistenţa electrică a materialului la t1 (rezistenţa iniţială); α este coeficientul de temperatură (specific fiecărui material şi reprezintă variaţia rezistenţei de un ohm a conductorului respectiv la o creştere a temperaturii sale cu 1°C).

3. Simbolul rezistenţei electrice

În schemele electronice se utilizează simbolul rezistorului fix în forma de dreptunghi (simbolizare conform standardului European IEC) sau simbolul "în zig-zag" (conform standardelor din America şi Japonia).

[adv_1] Rezistorii sunt folosiţi cu convertizorii pentru a forma un subsistem al unui senzor. Convertizorii sunt componente electrice care convertesc energia dintr-o formă în alta, unde o formă de energie dintre cele două (care este convertită, sau care urmează a fi convertită) este electrică. Un rezistor dependent de lumină, sau LDR, este un exemplu de convertizor de intrare. Modificarea luminozităţii luminii de pe suprafaţa LDR-ului rezultă modificări în rezistenţa sa. Aşa cum vă voi explica mai târziu, un convertizor de intrare este adesea conectat cu un rezistor pentru a forma un circuit, numit potenţiometru. În acest caz, voltajul curentului electric care iese din potenţiometru va avea un voltaj care va reflecta modificările luminii care „cade" pe suprafaţa LDR-ului din alcătuirea potenţiometrului.

Microfoanele şi întrerupătoarele sunt convertizori de intrare. Difuzoarele, lămpile incandescente şi LED-urile sunt convertizori de ieşire.

În alte circuite, rezistorii sunt folosiţi pentru a direcţiona curentul electric spre anumite părţi ale circuitului sau pot fi folosiţi pentru a determina câştigul în tensiune a unui amplificator. Rezistorii sunt folosiţi împreună cu condensatorii pentru a produce întârzieri.

Majoritatea circuitelor electronice au nevoie de rezistori pentru a funcţiona bine şi este important să găsim printre zecile de tipuri de rezistori disponibili pe cel cu valoarea corectă, în , sau M, pentru aplicaţia particulară la care vrem să o folosim.

4. Rezistori cu valoare fixă

Figura de mai jos arată construcţia unui rezistor cu folie de carbon:


În timpul fabricării, o folie subţire de carbon este aşezată pe o mică bară ceramică. Învelişul rezistiv este spiralat într-o maşină automată până când rezistenţa electrică dintre cele două capete ale barei este cât mai apropiată de valoarea corectă. Bare şi capete metalice sunt adăugate, iar rezistorul este acoperit cu o izolaţie şi, în final, sunt vopsite liniile de pe izolaţie pentru a indica valoarea rezistorului.

Rezistorii cu folie de carbon sunt ieftini şi uşor de găsit, cu valori de ±5-10% din valoare lor „nominală". Rezistorii cu folie metalică şi cu oxid metalic sunt fabricaţi într-o metodă similară, dar au ±1-2% din valoare lor nominală. Sunt unele diferenţe în performanţa acestor două tipuri de rezistori, dar performanţa nu afectează folosirea lor în circuite simple.

Rezistorii de tip bobina unt fabricaţi prin înfăşurarea unui fir metalic pe un suport ceramic. Ei pot fi făcuţi extrem de precis şi pot fi folosiţi în multimetre, osciloscoape si alte instrumente de măsură. Prin unele tipuri de rezistori de tip bobina pot trece curenţi electrici puternici, fără a încălzi exagerat rezistorul şi sunt folosiţi în surse de curent şi în alte circuite de curent mare.

5. Codul culorilor

 
Cum se poate afla valoarea unui rezistor de pe benzile colorate de pe el? Fiecare culoare reprezintă un număr, aşa cum este prezentat în tabelul alîturat.

Prima bandă de pe un rezistor este interpretată ca PRIMA CIFRĂ a valorii unui rezistor. Pentru rezistorul prezentat mai jos, prima bandă este galbenă, aşa că prima cifră este 4.

A doua bandă ne dă A DOUA CIFRĂ. Pentru rezistorul din imagine, ea este violet, deci a doua cifră este 7. A treia bandă este numită MULTIPLICATOR şi nu este interpretată în aceeaşi mod ca celelalte 2. Acesta ne spune cate zerouri trebuie sa adăugăm după cifrele pe care le avem. Acesta fiind roşu, valoarea sa este 2. Deci valoarea rezistorului din imagine este 4700 ohmi, adică 4700 ohmi sau 4,7kohmi.

Banda rămasă este numită TOLERANŢĂ. Aceasta erata procentul acurateţei valorii rezistorului. Majoritatea rezistorilor cu folie de carbon au o toleranţă colorată in galben indicând ca aceasta este de ±5% faţă de valoarea nominală.

Când doriţi să citiţi valoarea unui rezistor, căutaţi banda de toleranţă, de obicei galbenă, şi poziţionaţi-o spre dreapta citirea valorii unui rezistor nu este o operaţie complicata, dar necesită puţina practică.

Pentru a scrie această operaţie sub forma unei ecuaţii matematice, vom nota prima cifră cu A, a doua cu B, multiplicatorul cu N, iar toleranţa cu X. Formula este: AB x 10^N ±X%. Valorile toleranţei în funcţie de culori sunt:


Mai multe despre codul culorilor


Codul culorilor aşa cum este prezentat mai sus ne permite aflarea valorii unui rezistor mai mare de 100 Ohmi. Cum facem pentru a afla valoarea unui rezistor mai mică de 100 Ohmi? Pentru 12 Ohmi, pe rezistor, prima bandă va fi maro, a doua roşie, iar a treia neagră. Aşa ca prima cifră va fi 1, a doua 2, iar multiplicatorul 0 ne arată că nu se adaugă nici un zero la primele două cifre.

Acum putem indica orice valoare peste 10 Ohmi. Dar cum vom proceda pentru a indica valori mai mici de 10 Ohmi? Pentru valori mai mici de 10, multiplicatorul va fi auriu. De exemplu, culorile maro, negru, auriu (sunt în ordine, de la prima bandă la multiplicator) indică valoarea de 1 Ohmi, iar culorile roşu, roşu, auriu, indică valoarea de 2,2 Ohmi. Deci, dacă multiplicatorul are culoarea auriu, numărul format din prima şi a doua cifră se împarte la 10.

Rezistorii cu folie metalică, care au toleranţa de ± 1% sau de ± 2%, au adesea un cod care constă din 4 benzi. Acesta funcţionează în acelaşi fel, doar că primele trei benzi sunt interpretate ca cifre, iar a patra ca multiplicator. De exemplu, un rezistor cu folie metalică de 1 kOhmi are benzile: maro, negru, negru, maro si maro sau roşu pentru toleranţă.

Valorile E12 şi E24

Dacă aveţi experienţă in construcţia circuitelor, aţi observat că rezistorii au de obicei valori ca 2,2 kOhmi, 3,3 kOhmi sau 4,7 kOhmi şi nu au valori întregi, cum ar fi 2 kOhmi, 3 kOhmi, 4 kOhmi etc. Fabricanţii nu produc rezistori cu aceste valori - de ce? Răspunsul are parţial de-a face cu faptul că rezistorii nu sunt fabricaţi cu acurateţe, având o oarecare toleranţă. Uitaţi-va la tabelul de mai jos, care arată valorile seriilor E12 şi E24. Rezistorii sunt făcuţi in multiplii ai acestor valori. De exemplu:: 1,2 Ohmi, 12 Ohmi, 120 Ohmi, 1,2 kOhmi, 12 kOhmi, 120 kOhmi şi aşa mai departe.

Considerăm valorile 100 Ohmi şi 120 Ohmi, apropiate în seria E12. 10% din 100 Ohmi este 10 Ohmi, în timp ce 10% din 120 Ohmi este 12 Ohmi. Un rezistor marcat cu 100 Ohmi şi cu o toleranţă de 10% poate avea orice valoare între 90 Ohmi şi 110 Ohmi, în timp ce un rezistor marcat cu 120 Ohmi şi aceeaşi toleranţă poate avea orice valoare între 108 Ohmi şi 132 Ohmi.

Din punctul de vedere practic, tot ce contează pentru voi este să ştiţi că rezistorii cu folie de carbon sunt disponibili în multiplii valorilor E12 şi E24. adesea, pentru o rezistanţă calculată pe care doriţi să o utilizaţi într-o aplicaţie particulară, va trebui să alegeţi cea mai apropiată valoare de seriile E12 sau E24.

6. Limitarea curentului electric

Acum sunteţi gata pentru a calcula valoarea unui rezistor legat în serie cu un LED. Priviţi figura urmatoare:

Un LED obişnuit are nevoie de un curent de 10 mA şi de o tensiune de 2 V în timpul funcţionării. Sursa de alimentare a circuitului este de 9 V. Care este voltajul care traversează R1? Răspunsul este 9-2=7 V (voltajul care traversează elementele unui circuit legate în serie trebuie adăugat la voltajul sursei de energie).

Acum avem două informaţii despre curentul electric ce traversează R1:

- are intensitatea de 10 mA;
- are tensiunea de 7 V.

Pentru a calcula rezistanţa se foloseşte formula:

Înlocuim valorile lui V şi I:

Această formulă foloseşte unităţile de măsură fundamentale, adică volţi pentru tensiune, amperi pentru intensitate şi ohmi pentru rezistanţă. În acest caz, 10 mA a trebuit transformat în amperi, rezultând 0,01 A.

Dacă valoarea intensităţii curentului electric este în mA, valoarea rezistanţei va fi în kOhmi:

Valoarea calculată pentru R1 este de 700 . Care este cea mai apropiată valoare în seriile E12/E24? Sunt disponibili rezistori cu valorile de 680 , 750 , şi 820 . 680 este alegerea ideală. Aceasta ar trebui să permită trecerea unui curent electric cu intensitatea uşor mai mare de 10 mA. Majoritatea LED-urilor suportă curenţi electrici cu intensităţi de până la 20 mA, aşa că este perfect.

7. Conectarea rezistorilor serie şi paralel

Într-un circuit care conţine rezistori legaţi în serie, curentul electric este la fel în toate punctele sale. Circuitul din diagramă prezintă 2 rezistori legaţi în serie la o sursă de curent de 6 V.


Nu contează locul din circuit de unde măsurăm curentul electric, acesta va fi acelaşi. Rezistanţa totală este dată de formula:

R_total=R₁+R₂

În circuitul nostru, R_total= 1 + 1 = 2 kOhmi. Dar ce intensitate va avea curentul care va trece prin el? Formula este:

I=V/R=6/2 = 3mA.

Observaţi că intensitatea curentului este dată în mA, daca rezistenţa înlocuită este în kOhmi. Dacă rezistenţa este înlocuită în Ohmi, atunci intensitatea curentului va fi dată în amperi.

Deci prin ambii rezistori trece un curent cu intensitate egală. Care este tensiunea electrică la bornele lui R1? Formula este: V=I*R sau U=I*R. Înlocuind, obţinem: V=3mA x 1kOhm = 3V


Care va fi tensiunea electrică la bornele lui R2? Acesta va fi tot de 3 V. Este important de precizat că suma tensiunilor electrice care străbat cei doi rezistori reprezintă tensiunea sursei de alimentare a montajului.

Circuitul de mai jos prezintă doi rezistori conectaţi în paralel la o baterie de 6 V.


Circuitele cu rezistori legaţi în paralel furnizează căi alternative pentru curentul electric. Rezistenţa totală a unui astfel de circuit este calculată prin formula:

Aceasta se numeşte formula produsului supra sumei şi funcţionează pentru oricare doi rezistori legaţi în paralel. O formulă alternativă este:

Această formulă poate fi extinsă pentru a permite calculul cu mai mulţi rezistori, dar ambele formule sunt corecte. Care este rezistanţa totală din acest circuit?

Intensitatea curentului electric poate fi calculată cu formula:

[adv_1] Cum este curentului electric din acest circuit faţă de curentul din circuitul cu rezistorii legaţi în serie? Este mai mare. Acesta este mai sensibil. Conectând rezistorii în paralel şi făcând căi alternative prin care curentul electric poate trece, este mai uşor pentru el să treacă pe acolo. Care este intensitatea curentului care trece prin fiecare rezistor? Deoarece el se divide, şi rezistorii au valori egale, curentul electric care va trece prin R1 va avea 6 mA şi va fi egal cu cel care trece prin R2.

Tensiunea electrică la bornele rezistenţei R1 este:

V = I*R = 6mA x 1kOhm = 6V.

Acesta este egal cu cel al sursei de energie. Un capăt al R1 este conectat la anodul sursei de curent, iar celălalt este conectat la catodul sursei de curent. Cu nici o altă componentă electrică în cale, tensiunea care traversează R1 trebuie să fie egală cu cea a sursei de curent, adică 6 V. Dar care este tensiunea curentului electric care străbate R2? Din acelaşi motiv, ea este tot 6 V.

IMPORTANT: Când componentele (rezistenţe, condensatoare, bobine) sunt conectate în paralel, tensiunea electrică la bornele lor este aceeasi.

Mai jos este un circuit uşor mai complex, având şi rezistori conectaţi în serie, şi în paralel:


Pentru a găsi rezistanţa totală, primul pase este calcularea rezistanţei rezistorilor conectaţi în paralel. Ştim de la calculele efectuate la circuitul de mai sus că rezistanţa totală a boi rezistori de 1 kOhmi este de 0,5 kOhmi, aşa că rezistanţa totală a circuitului este 1+0,5=1,5 kOhmi. Intensitatea curentului electric al sursei este:
I = V/R = 6kOhmi / 1,5mA = 4mA.
Aceasta este intensitatea curentului electric care traversează R1. Care este intensitatea curentului electric care traversează R2? Deoarece sunt două căi identice, pe care se află R2 şi R3, prin acestea va rece un curent electric cu intensitatea egală de 2 mA.

Tensiunea electrică la bornele rezistenţei R1 este: V= I*R = 4mA x 1kOhm = 4V. Deoarece R₂ şi R₃ sunt egale, atunci curenţii electrici care le traversează pe fiecare sunt egali, respectiv I₂=I₃=2mA. Din nou, suma tensiunilor electrice pe R1 şi R₂, R₃ este egală cu cea a sursei de energie, în cazul nostru a bateriei.

8. Puterea disipată de rezistorii

Când un curent electric străbate o rezistenţă, energia electrică este transformată în căldură. Aceasta se poate observa la un bec incandescent, în care curentul electric străbate filamentul, care emite căldură şi lumină.

Puterea unui bec, a unui rezistor, sau a oricărei alte componente, este definită ca puterea de convertire a curentului electric în lumină, căldură, sau oricare altă formă de energie. Puterea se măsoară în waţi (W) sau miliwaţi (mW) şi se calculează prin formula:

P = U*I = I²*R = U²/R

unde P este puterea electrică, U - tensiunea electrică la bornele rezistenţei, I - curentul electric care străbate rezistenţa.

Care este puterea electrică a unui rezistor străbătut de un curent electric de intensitatea 100 mA şi tensiune la borne 6 V?

P = U*I = 6V * 100mA = 600mW = 0,6W.

0,6 W reprezintă căldura generată de rezistor. Pentru a preveni supraîncălzirea, acesta trebuie să aibă capacitatea de a disipa căldura în aceeaşi rată în care o produce.

Abilitatea unui rezistor de a disipa căldura depinde de suprafaţa sa. Un mic rezistor cu o suprafaţă redusă, nu poate disipa căldura destul de rapid şi este foarte posibil ca acesta să se supraîncălzească dacă trec prin el curenţi electrici puternici. Rezistorii mai mari, cu o suprafaţă mai mare, pot disipa căldura mult mai eficient.

Figura de mai jos prezintă rezistori de diferite mărimi.


Puterea unui rezistor cu folie de carbon utilizat în mare parte în circuite este de 0,5 W. Aceasta înseamnă că un rezistor de aceste dimensiuni poate pierde căldură într-o rată maximă de 0,5 W. În exemplul anterior, rata calculată de căldură pierdută a fost de 0,6 W, aşa că va fi necesar un rezistor de putere mai mare, de 1 W sau 2 W. Unii rezistori sunt construiţi pentru a permite trecerea unor curenţi electrici foarte puternici sunt introduşi în carcase de aluminiu cu "aripioare" din aluminiu pentru a mări suprafaţa şi a disipa căldura mai eficient.

Bibliografie:

https://homepages.we...cs/resistor.htm