Resistor - Resistor

Resistor
Electronic-Axial-Lead-Resistors-Array.jpg
Uma matriz de resistores de chumbo axial
Modelo Passiva
Princípio de trabalho Resistência elétrica
Símbolo eletrônico
Resistors.svg
Dois símbolos esquemáticos comuns
Resistores de chumbo axial na fita. O componente é cortado da fita durante a montagem e a peça é inserida na placa.
Comparação de tamanho de resistores de condutor axial.

Um resistor é um componente elétrico de dois terminais passivos que implementa a resistência elétrica como um elemento de circuito. Em circuitos eletrônicos, os resistores são usados ​​para reduzir o fluxo de corrente, ajustar níveis de sinal, dividir tensões , polarizar elementos ativos e encerrar linhas de transmissão , entre outros usos. Resistores de alta potência que podem dissipar muitos watts de energia elétrica como calor, podem ser usados ​​como parte dos controles do motor, em sistemas de distribuição de energia ou como cargas de teste para geradores . Os resistores fixos têm resistências que mudam apenas ligeiramente com a temperatura, tempo ou tensão de operação. Os resistores variáveis ​​podem ser usados ​​para ajustar os elementos do circuito (como um controle de volume ou um redutor de lâmpada) ou como dispositivos de detecção de calor, luz, umidade, força ou atividade química.

Os resistores são elementos comuns de redes elétricas e circuitos eletrônicos e são onipresentes em equipamentos eletrônicos . Resistores práticos como componentes discretos podem ser compostos de vários compostos e formas. Os resistores também são implementados em circuitos integrados .

A função elétrica de um resistor é especificada por sua resistência: resistores comerciais comuns são fabricados em uma faixa de mais de nove ordens de magnitude . O valor nominal da resistência está dentro da tolerância de fabricação , indicada no componente.

Símbolos eletrônicos e notação

Dois símbolos de diagrama esquemático típicos são os seguintes:

A notação para indicar o valor de um resistor em um diagrama de circuito varia.

Um esquema comum é o código RKM seguindo a IEC 60062 . Ele evita o uso de um separador decimal e substitui o separador decimal por uma letra vagamente associada aos prefixos SI correspondentes à resistência da parte. Por exemplo, 8K2 como código de marcação de peça , em um diagrama de circuito ou em uma lista de materiais (BOM) indica um valor de resistor de 8,2 kΩ. Zeros adicionais implicam uma tolerância mais restrita, por exemplo 15M0 para três dígitos significativos. Quando o valor pode ser expresso sem a necessidade de um prefixo (ou seja, multiplicador 1), um "R" é usado em vez do separador decimal. Por exemplo, 1R2 indica 1,2 Ω e 18R indica 18 Ω.

Teoria de Operação

A analogia hidráulica compara a corrente elétrica que flui pelos circuitos com a água que flui pelos canos. Quando um cano (esquerda) está entupido com cabelo (direita), é necessária uma pressão maior para atingir o mesmo fluxo de água. Empurrar corrente elétrica por uma grande resistência é como empurrar água por um cano entupido de cabelo: é necessário um impulso maior ( voltagem ) para conduzir o mesmo fluxo ( corrente elétrica ).

Lei de ohm

O comportamento de um resistor ideal é descrito pela lei de Ohm :

A lei de Ohm afirma que a tensão ( ) em um resistor é proporcional à corrente ( ) que passa por ele, onde a constante de proporcionalidade é a resistência ( ). Por exemplo, se um resistor de 300 ohms for conectado aos terminais de uma bateria de 12 volts, uma corrente de 12/300 = 0,04 amperes fluirá por esse resistor.

Na prática, os resistores se desviam do comportamento ideal dado pela lei de Ohm. Por exemplo, eles têm indutância e capacitância , que afetam a relação entre tensão e corrente em circuitos de corrente alternada.

O ohm (símbolo: Ω ) é a unidade SI de resistência elétrica , em homenagem a Georg Simon Ohm . Um ohm é equivalente a um volt por ampere . Uma vez que os resistores são especificados e fabricados em uma faixa muito grande de valores, as unidades derivadas de miliohm (1 mΩ = 10 −3 Ω), kilohm (1 kΩ = 10 3 Ω) e megohm (1 MΩ = 10 6 Ω) são também em uso comum.

Resistores em série e paralelos

A resistência total dos resistores conectados em série é a soma de seus valores de resistência individuais.

Um diagrama de vários resistores, conectados de ponta a ponta, com a mesma quantidade de corrente passando por cada

A resistência total dos resistores conectados em paralelo é o recíproco da soma dos recíprocos dos resistores individuais.

Um diagrama de vários resistores, lado a lado, ambos os terminais de cada um conectado aos mesmos fios

Por exemplo, um resistor de 10 ohms conectado em paralelo com um resistor de 5 ohms e um resistor de 15 ohms produz 1/1/10 + 1/5 + 1/15 ohms de resistência, ou 30/11 = 2,727 ohms.

Uma rede de resistores que é uma combinação de conexões paralelas e em série pode ser dividida em partes menores que são uma ou outra. Algumas redes complexas de resistores não podem ser resolvidas dessa maneira, exigindo uma análise de circuito mais sofisticada. Geralmente, a transformação Y-Δ ou métodos de matriz podem ser usados ​​para resolver tais problemas.

Dissipação de energia

A qualquer momento, a potência P (watts) consumida por um resistor de resistência R (ohms) é calculada como: onde V (volts) é a tensão através do resistor e I (amperes) é a corrente que flui por ele. Usando a lei de Ohm , as duas outras formas podem ser derivadas. Essa potência é convertida em calor que deve ser dissipado pelo pacote do resistor antes que sua temperatura aumente excessivamente.

Os resistores são classificados de acordo com sua dissipação de potência máxima. Resistores discretos em sistemas eletrônicos de estado sólido são normalmente classificados como 1/10, 1/8 ou 1/4 watt. Eles geralmente absorvem muito menos do que um watt de energia elétrica e exigem pouca atenção à sua classificação de energia.

Um resistor de energia revestido de alumínio classificado para dissipação de 50 W quando montado em um dissipador de calor

Os resistores necessários para dissipar quantidades substanciais de potência, particularmente usados ​​em fontes de alimentação, circuitos de conversão de potência e amplificadores de potência, são geralmente chamados de resistores de potência ; esta designação é aplicada vagamente a resistores com classificações de potência de 1 watt ou mais. Os resistores de potência são fisicamente maiores e podem não usar os valores preferidos, códigos de cores e pacotes externos descritos abaixo.

Se a potência média dissipada por um resistor for maior que sua potência nominal, podem ocorrer danos ao resistor, alterando permanentemente sua resistência; isso é diferente da mudança reversível na resistência devido ao seu coeficiente de temperatura quando aquece. A dissipação excessiva de energia pode aumentar a temperatura do resistor a um ponto em que ele pode queimar a placa de circuito ou componentes adjacentes, ou até mesmo causar um incêndio. Existem resistores à prova de chamas que falham (circuito aberto) antes de superaquecer perigosamente.

Uma vez que podem ocorrer má circulação de ar, grande altitude ou altas temperaturas de operação , os resistores podem ser especificados com dissipação nominal mais alta do que a experimentada em serviço.

Todos os resistores têm uma classificação de tensão máxima; isso pode limitar a dissipação de energia para valores de resistência mais altos. Por exemplo, entre os resistores de 1/4 watt (um tipo muito comum de resistor com chumbo ), um é listado com uma resistência de 100MΩ e uma tensão nominal máxima de 750v. No entanto, mesmo colocar 750 V em um resistor de 100MΩ continuamente resultaria apenas em uma dissipação de energia de menos de 6 mW, tornando a classificação nominal de 1/4 watt sem sentido.

Resistência de potência VZR 1.5kΩ 12W, fabricada em 1963 na União Soviética

Propriedades não ideais

Os resistores práticos têm uma indutância em série e uma pequena capacitância paralela ; essas especificações podem ser importantes em aplicações de alta frequência. Em um amplificador ou pré-amplificador de baixo ruído , as características de ruído de um resistor podem ser um problema.

O coeficiente de temperatura da resistência também pode ser motivo de preocupação em algumas aplicações de precisão.

A indutância indesejada, o ruído em excesso e o coeficiente de temperatura dependem principalmente da tecnologia usada na fabricação do resistor. Normalmente, eles não são especificados individualmente para uma determinada família de resistores fabricados com uma tecnologia específica. Uma família de resistores discretos também é caracterizada de acordo com seu fator de forma, ou seja, o tamanho do dispositivo e a posição de seus condutores (ou terminais), o que é relevante na fabricação prática de circuitos que os utilizam.

Os resistores práticos também são especificados como tendo uma classificação de potência máxima que deve exceder a dissipação de potência prevista desse resistor em um circuito específico: isso é principalmente uma preocupação em aplicações de eletrônica de potência. Resistores com classificações de potência mais altas são fisicamente maiores e podem exigir dissipadores de calor . Em um circuito de alta tensão, às vezes deve-se prestar atenção à tensão nominal máxima de trabalho do resistor. Embora não haja tensão mínima de trabalho para um determinado resistor, a falha em levar em consideração a classificação máxima de um resistor pode fazer com que o resistor incinere quando a corrente passa por ele.

Resistores fixos

Um pacote de resistor em linha (SIL) com 8 resistores individuais de 47 ohms. Este pacote também é conhecido como SIP-9. Uma extremidade de cada resistor é conectada a um pino separado e as outras extremidades são conectadas juntas ao pino restante (comum) - pino 1, na extremidade identificada pelo ponto branco.

Arranjos de chumbo

Resistores axiais com condutores de fio para montagem através do orifício

Os componentes do orifício de passagem normalmente têm "condutores" (pronuncia-se / l d z / ) deixando o corpo "axialmente", ou seja, em uma linha paralela ao eixo mais longo da peça. Outros têm eletrodos saindo de seus corpos "radialmente". Outros componentes podem ser SMT (tecnologia de montagem em superfície), enquanto os resistores de alta potência podem ter um de seus cabos projetado para o dissipador de calor .

Composição de carbono

Resistores antigos de "osso de cachorro" com marcação de código de cores "corpo, ponta, ponto" .
Três resistores de composição de carbono em um rádio de válvula dos anos 1960 (tubo de vácuo)

Os resistores de composição de carbono (CCR) consistem em um elemento resistivo cilíndrico sólido com fios condutores embutidos ou tampas de metal às quais os fios condutores são fixados. O corpo do resistor é protegido com tinta ou plástico. Os resistores de composição de carbono do início do século 20 tinham corpos não isolados; os fios condutores foram enrolados nas extremidades da haste do elemento de resistência e soldados. O resistor completo foi pintado para codificação de cores de seu valor.

O elemento resistivo é feito de uma mistura de carvão em pó fino e um material isolante, geralmente cerâmico. Uma resina mantém a mistura unida. A resistência é determinada pela relação entre o material de enchimento (a cerâmica em pó) e o carbono. Concentrações mais altas de carbono, que é um bom condutor, resultam em menor resistência. Resistores de composição de carbono eram comumente usados ​​na década de 1960 e antes, mas não são populares para uso geral agora, pois outros tipos têm especificações melhores, como tolerância, dependência de tensão e estresse. Os resistores de composição de carbono mudam de valor quando estressados ​​com sobretensões. Além disso, se o conteúdo de umidade interna, decorrente da exposição por algum período de tempo a um ambiente úmido, for significativo, o calor de soldagem cria uma mudança irreversível no valor da resistência. Os resistores de composição de carbono têm baixa estabilidade com o tempo e, conseqüentemente, foram classificados na fábrica para, na melhor das hipóteses, apenas 5% de tolerância. Esses resistores são não indutivos, o que oferece benefícios quando usados ​​em aplicações de redução de pulso de tensão e proteção contra surtos. Os resistores de composição de carbono têm maior capacidade de suportar sobrecargas em relação ao tamanho do componente.

Resistores de composição de carbono ainda estão disponíveis, mas relativamente caros. Os valores variaram de frações de um ohm a 22 megohms. Devido ao seu alto preço, esses resistores não são mais usados ​​na maioria das aplicações. No entanto, eles são usados ​​em fontes de alimentação e controles de soldagem. Eles também são solicitados a consertar equipamentos eletrônicos antigos, onde a autenticidade é um fator importante.

Pilha de carbono

Um resistor de pilha de carbono é feito de uma pilha de discos de carbono comprimidos entre duas placas de contato de metal. Ajustar a pressão de aperto altera a resistência entre as placas. Esses resistores são usados ​​quando uma carga ajustável é necessária, por exemplo, no teste de baterias automotivas ou transmissores de rádio. Um resistor de pilha de carbono também pode ser usado como um controle de velocidade para pequenos motores em eletrodomésticos (máquinas de costura, misturadores manuais) com classificações de até algumas centenas de watts. Um resistor de pilha de carbono pode ser incorporado em reguladores automáticos de voltagem para geradores, onde a pilha de carbono controla a corrente de campo para manter a voltagem relativamente constante. O princípio também é aplicado no microfone de carbono .

Filme de carbono

Resistor de filme de carbono com espiral de carbono exposta (Tesla TR-212 1 kΩ)

Um filme de carbono é depositado em um substrato isolante e uma hélice é cortada nele para criar um caminho resistivo longo e estreito. Formas variadas , juntamente com a resistividade do carbono amorfo (variando de 500 a 800 μΩ m), podem fornecer uma ampla faixa de valores de resistência. Comparados à composição do carbono, apresentam baixo ruído, devido à distribuição precisa do grafite puro sem aglutinação. Os resistores de filme de carbono apresentam uma faixa de classificação de potência de 0,125 W a 5 W a 70 ° C. As resistências disponíveis variam de 1 ohm a 10 megohm. O resistor de filme de carbono tem uma faixa de temperatura operacional de −55 ° C a 155 ° C. Possui faixa de tensão máxima de trabalho de 200 a 600 volts. Resistores de filme de carbono especiais são usados ​​em aplicações que requerem alta estabilidade de pulso.

Resistores de carbono impressos

Resistores de carbono (retângulos pretos) impressos diretamente nas almofadas SMD em um PCB. Dentro de um organizador Psion II vintage de 1989

Resistores de composição de carbono podem ser impressos diretamente em substratos de placa de circuito impresso (PCB) como parte do processo de fabricação de PCB. Embora essa técnica seja mais comum em módulos de PCB híbridos, ela também pode ser usada em PCBs de fibra de vidro padrão. As tolerâncias são normalmente muito grandes e podem ser da ordem de 30%. Uma aplicação típica seria resistores pull-up não críticos .

Filme espesso e fino

Rede de resistores de filme fino de precisão aparada a laser da Fluke, usada no multímetro Keithley DMM7510. Cerâmica apoiada com tampa de vedação hermética de vidro.

Os resistores de filme espesso se tornaram populares durante a década de 1970, e a maioria dos resistores SMD (dispositivo de montagem em superfície) hoje são desse tipo. O elemento resistivo de filmes espessos é 1000 vezes mais espesso do que filmes finos, mas a principal diferença é como o filme é aplicado ao cilindro (resistores axiais) ou à superfície (resistores SMD).

Os resistores de filme fino são feitos por pulverização catódica (um método de deposição a vácuo ) do material resistivo em um substrato isolante. O filme é então gravado de maneira semelhante ao antigo processo (subtrativo) para fazer placas de circuito impresso; isto é, a superfície é revestida com um material fotossensível , então coberto por um filme padrão, irradiado com luz ultravioleta e, em seguida, o revestimento fotossensível exposto é revelado e o filme fino subjacente é removido.

Os resistores de filme espesso são fabricados usando processos de impressão de tela e estêncil.

Como o tempo durante o qual a pulverização catódica é realizada pode ser controlado, a espessura do filme fino pode ser controlada com precisão. O tipo de material também é geralmente diferente, consistindo em um ou mais condutores de cerâmica ( cermet ), como nitreto de tântalo (TaN), óxido de rutênio ( RuO
2
), óxido de chumbo (PbO), rutenato de bismuto ( Bi
2
Ru
2
O
7
), níquel-cromo (NiCr) ou iridato de bismuto ( Bi
2
Ir
2
O
7
)

A resistência dos resistores de filme fino e espesso após a fabricação não é altamente precisa; eles são geralmente cortados para um valor preciso por corte abrasivo ou laser . Resistências de película fina são geralmente especificados, com tolerâncias de 1% e 5%, e com coeficientes de temperatura de 5 a 50 ppm / K . Eles também têm níveis de ruído muito mais baixos, no nível de 10–100 vezes menos do que os resistores de filme espesso. Os resistores de filme espesso podem usar a mesma cerâmica condutora, mas são misturados com vidro sinterizado (em pó) e um líquido transportador para que o composto possa ser serigrafado . Este composto de vidro e material cerâmico condutor (cermet) é então fundido (cozido) em um forno a cerca de 850 ° C.

Os resistores de filme espesso, quando fabricados pela primeira vez, tinham tolerâncias de 5%, mas as tolerâncias padrão melhoraram para 2% ou 1% nas últimas décadas. Os coeficientes de temperatura dos resistores de filme espesso são altos, tipicamente ± 200 ou ± 250 ppm / K; uma mudança de temperatura de 40 kelvin (70 ° F) pode alterar a resistência em 1%.

Os resistores de filme fino são geralmente muito mais caros do que os resistores de filme espesso. Por exemplo, resistores de filme fino SMD, com tolerâncias de 0,5% e com coeficientes de temperatura de 25 ppm / K, quando comprados em quantidades de bobina de tamanho real, custam cerca de duas vezes o custo de resistores de filme espesso de 1%, 250 ppm / K.

Filme de metal

Um tipo comum de resistor com chumbo axial hoje é o resistor de filme de metal. Resistores de face sem chumbo com eletrodo de metal ( MELF ) geralmente usam a mesma tecnologia.

Os resistores de filme de metal são geralmente revestidos com níquel cromo (NiCr), mas podem ser revestidos com qualquer um dos materiais cermet listados acima para resistores de filme fino. Ao contrário dos resistores de filme fino, o material pode ser aplicado usando técnicas diferentes da pulverização catódica (embora esta seja uma das técnicas). Além disso, ao contrário dos resistores de filme fino, o valor da resistência é determinado cortando uma hélice através do revestimento, em vez de decapagem. (Isso é semelhante ao modo como os resistores de carbono são feitos.) O resultado é uma tolerância razoável (0,5%, 1% ou 2%) e um coeficiente de temperatura que geralmente está entre 50 e 100 ppm / K. Os resistores de filme metálico possuem boas características de ruído e baixa não linearidade devido ao baixo coeficiente de tensão. Também são benéficos sua tolerância restrita, coeficiente de baixa temperatura e estabilidade de longo prazo.

Filme de óxido de metal

Os resistores de filme de óxido metálico são feitos de óxidos metálicos, o que resulta em uma temperatura de operação mais alta e maior estabilidade e confiabilidade do que o filme metálico. Eles são usados ​​em aplicações com demandas de alta resistência.

Arame enrolado

Resistores de fio de alta potência usados ​​para frenagem dinâmica em um vagão elétrico. Esses resistores podem dissipar muitos quilowatts por um longo período de tempo.
Tipos de enrolamentos em resistores de fio:
  1. comum
  2. bifilar
  3. comum em um formador fino
  4. Ayrton – Perry

Os resistores enrolados são normalmente feitos enrolando um fio de metal, geralmente nicromo , em torno de um núcleo de cerâmica, plástico ou fibra de vidro. As extremidades do fio são soldadas ou soldadas a duas tampas ou anéis, presos às extremidades do núcleo. A montagem é protegida com uma camada de tinta, plástico moldado ou um revestimento de esmalte cozido em alta temperatura. Esses resistores são projetados para suportar temperaturas excepcionalmente altas de até 450 ° C. Os condutores dos fios em resistores de fio enrolado de baixa potência têm geralmente entre 0,6 e 0,8 mm de diâmetro e estanhados para facilitar a soldagem. Para resistores de fio enrolado de maior potência, tanto um invólucro externo de cerâmica ou um invólucro externo de alumínio no topo de uma camada isolante é usado - se o invólucro externo for de cerâmica, tais resistores são às vezes descritos como resistores de "cimento", embora na verdade não contenham nenhum cimento tradicional . Os tipos com caixa de alumínio são projetados para serem conectados a um dissipador de calor para dissipar o calor; a potência nominal depende de ser usada com um dissipador de calor adequado, por exemplo, um resistor de potência nominal de 50 W superaquece em uma fração da dissipação de energia se não for usado com um dissipador de calor. Resistores de fio enrolado grandes podem ser classificados para 1.000 watts ou mais.

Como os resistores de fio enrolado são bobinas, eles têm mais indutância indesejável do que outros tipos de resistor, embora o enrolamento do fio em seções com direção alternada reversa possa minimizar a indutância. Outras técnicas empregam enrolamento bifilar , ou um formador fino e plano (para reduzir a área da seção transversal da bobina). Para os circuitos mais exigentes, resistores com enrolamento Ayrton-Perry são usados.

As aplicações de resistores de fio enrolado são semelhantes às de resistores de composição, com exceção da alta frequência. A resposta de alta frequência de resistores de fio enrolado é substancialmente pior do que a de um resistor de composição.

Resistor de folha

Resistor de folha de metal

Em 1960, Felix Zandman e Sidney J. Stein apresentaram um desenvolvimento de filme resistor de altíssima estabilidade.

O elemento de resistência primário de um resistor de folha é uma folha de liga de cromo e níquel com vários micrômetros de espessura. As ligas de cromo-níquel são caracterizadas por terem uma grande resistência elétrica (cerca de 58 vezes a do cobre), um pequeno coeficiente de temperatura e alta resistência à oxidação. Exemplos são o Chromel A e o Nichrome V, cuja composição típica é 80 Ni e 20 Cr, com ponto de fusão de 1420 ° C. Quando o ferro é adicionado, a liga de cromo-níquel torna-se mais dúctil. O Nichrome e o Chromel C são exemplos de uma liga contendo ferro. A composição típica do Nicromo é 60 Ni, 12 Cr, 26 Fe, 2 Mn e Chromel C, 64 Ni, 11 Cr, Fe 25. A temperatura de fusão dessas ligas é de 1350 ° e 1390 ° C, respectivamente.

Desde sua introdução na década de 1960, os resistores de folha têm a melhor precisão e estabilidade de qualquer resistor disponível. Um dos parâmetros importantes de estabilidade é o coeficiente de resistência de temperatura (TCR). O TCR dos resistores de folha é extremamente baixo e foi aprimorado ainda mais ao longo dos anos. Uma gama de resistores de folha de ultraprecisão oferece um TCR de 0,14 ppm / ° C, tolerância ± 0,005%, estabilidade de longo prazo (1 ano) 25 ppm, (3 anos) 50 ppm (aprimorado ainda mais 5 vezes por vedação hermética) , estabilidade sob carga (2000 horas) 0,03%, EMF térmico 0,1 μV / ° C, ruído -42 dB, coeficiente de tensão 0,1 ppm / V, indutância 0,08 μH, capacitância 0,5 pF.

A estabilidade térmica deste tipo de resistor também tem a ver com os efeitos opostos da resistência elétrica do metal aumentando com a temperatura, e sendo reduzida pela expansão térmica levando a um aumento na espessura da folha, cujas outras dimensões são restringidas por um substrato cerâmico .

Shunts do amperímetro

Um amperímetro shunt é um tipo especial de resistor de detecção de corrente, com quatro terminais e um valor em miliohms ou mesmo micro-ohms. Os instrumentos de medição de corrente, por si próprios, geralmente aceitam apenas correntes limitadas. Para medir altas correntes, a corrente passa pelo shunt através do qual a queda de tensão é medida e interpretada como corrente. Um shunt típico consiste em dois blocos de metal sólido, às vezes latão, montados em uma base isolante. Entre os blocos, e soldados ou brasados ​​a eles, estão uma ou mais tiras de liga de manganina com coeficiente de resistência de baixa temperatura (TCR) . Parafusos grandes rosqueados nos blocos fazem as conexões de corrente, enquanto parafusos muito menores fornecem conexões de voltímetro. Os shunts são classificados pela corrente de escala total e geralmente apresentam uma queda de tensão de 50 mV na corrente nominal. Esses medidores são adaptados para a classificação de corrente total do shunt usando um mostrador devidamente marcado; nenhuma alteração precisa ser feita nas outras partes do medidor.

Resistor de grade

Em aplicações industriais pesadas de alta corrente, um resistor de grade é uma grande estrutura resfriada por convecção de tiras de liga de metal estampadas conectadas em fileiras entre dois eletrodos. Esses resistores de nível industrial podem ser tão grandes quanto uma geladeira; alguns projetos podem lidar com mais de 500 amperes de corrente, com uma faixa de resistências que se estende abaixo de 0,04 ohms. Eles são usados ​​em aplicações como frenagem dinâmica e banco de carga para locomotivas e bondes, aterramento neutro para distribuição CA industrial, controle de cargas para guindastes e equipamentos pesados, teste de carga de geradores e filtragem harmônica para subestações elétricas.

O termo resistor de grade é algumas vezes usado para descrever um resistor de qualquer tipo conectado à grade de controle de um tubo de vácuo . Esta não é uma tecnologia de resistor; é uma topologia de circuito eletrônico.

Variedades especiais

Resistores variáveis

Resistores ajustáveis

Um resistor pode ter um ou mais pontos de derivação fixos para que a resistência possa ser alterada movendo os fios de conexão para terminais diferentes. Alguns resistores de potência enrolados têm um ponto de derivação que pode deslizar ao longo do elemento de resistência, permitindo que uma parte maior ou menor da resistência seja usada.

Quando o ajuste contínuo do valor da resistência durante a operação do equipamento for necessário, a torneira de resistência deslizante pode ser conectada a um botão acessível a um operador. Esse dispositivo é chamado de reostato e possui dois terminais.

Potenciômetros

Potenciômetro de montagem em painel típico
Desenho do potenciômetro com a caixa cortada, mostrando as peças: ( A ) eixo, ( B ) elemento de resistência de composição de carbono estacionário, ( C ) limpador de bronze fosforoso, ( D ) eixo conectado ao limpador, ( E, G ) terminais conectados às extremidades do elemento de resistência, terminal ( F ) conectado ao limpador.
Uma variedade de pequenos potenciômetros de passagem projetados para montagem em placas de circuito impresso .

Um potenciômetro (coloquialmente, potenciômetro ) é um resistor de três terminais com um ponto de derivação continuamente ajustável controlado pela rotação de um eixo ou botão ou por um controle deslizante linear. O nome potenciômetro vem de sua função como um divisor de tensão ajustável para fornecer um potencial variável no terminal conectado ao ponto de derivação. O controle de volume em um dispositivo de áudio é uma aplicação comum de um potenciômetro. Um potenciômetro de baixa potência típico (veja o desenho) é construído de um elemento de resistência plana (B) de composição de carbono, filme de metal ou plástico condutor, com um contato limpador de bronze fosforoso elástico (C) que se move ao longo da superfície. Uma construção alternativa é o fio de resistência enrolado em uma forma, com o limpador deslizando axialmente ao longo da bobina. Estes têm resolução mais baixa, pois conforme o limpador se move, a resistência muda em etapas iguais à resistência de uma única volta.

Potenciômetros multivoltas de alta resolução são usados ​​em aplicações de precisão. Estes têm elementos de resistência enrolados por fio normalmente enrolados em um mandril helicoidal, com o limpador se movendo em uma trilha helicoidal conforme o controle é girado, fazendo contato contínuo com o fio. Alguns incluem um revestimento de resistência de plástico condutor sobre o fio para melhorar a resolução. Normalmente, eles oferecem dez voltas de seus eixos para cobrir todo o seu alcance. Eles geralmente são configurados com mostradores que incluem um contador de voltas simples e um mostrador graduado e podem atingir uma resolução de três dígitos. Os computadores analógicos eletrônicos os usavam em quantidade para definir os coeficientes, e os osciloscópios de varredura retardada das últimas décadas incluíam um em seus painéis.

Caixas de década de resistência

Caixa da década de resistência, feita na antiga Alemanha Oriental .

Uma caixa de década de resistência ou caixa de substituição de resistor é uma unidade que contém resistores de muitos valores, com um ou mais interruptores mecânicos que permitem que qualquer uma das várias resistências discretas oferecidas pela caixa sejam discadas. Normalmente, a resistência é precisa a alta precisão, variando de precisão de grau de laboratório / calibração de 20 partes por milhão, até grau de campo de 1%. Caixas baratas com menor precisão também estão disponíveis. Todos os tipos oferecem uma maneira conveniente de selecionar e alterar rapidamente uma resistência em laboratório, trabalho experimental e de desenvolvimento, sem a necessidade de anexar os resistores um por um, ou mesmo armazenar cada valor. A faixa de resistência fornecida, a resolução máxima e a precisão caracterizam a caixa. Por exemplo, uma caixa oferece resistências de 0 a 100 megohms, resolução máxima de 0,1 ohm, precisão de 0,1%.

Dispositivos especiais

Existem vários dispositivos cuja resistência muda com várias quantidades. A resistência dos termistores NTC exibe um forte coeficiente de temperatura negativo, tornando-os úteis para medir temperaturas. Como sua resistência pode ser grande até que se aqueçam devido à passagem da corrente, eles também são comumente usados ​​para evitar picos excessivos de corrente quando o equipamento é ligado. Da mesma forma, a resistência de um humistor varia com a umidade. Um tipo de fotodetector, o fotorresistor , tem uma resistência que varia com a iluminação.

O medidor de tensão , inventado por Edward E. Simmons e Arthur C. Ruge em 1938, é um tipo de resistor que muda de valor com a deformação aplicada. Um único resistor pode ser usado, ou um par (meia ponte), ou quatro resistores conectados em uma configuração de ponte de Wheatstone . O resistor de deformação é colado com adesivo a um objeto que está sujeito a deformação mecânica . Com o medidor de tensão e um filtro, amplificador e conversor analógico / digital, a tensão em um objeto pode ser medida.

Uma invenção relacionada, mas mais recente, usa um Compósito de Tunelamento Quântico para detectar a tensão mecânica. Ele passa uma corrente cuja magnitude pode variar por um fator de 10 12 em resposta às mudanças na pressão aplicada.

Medição

O valor de um resistor pode ser medido com um ohmímetro , que pode ser uma função de um multímetro . Normalmente, as pontas de prova nas pontas dos cabos de teste se conectam ao resistor. Um ohmímetro simples pode aplicar uma tensão de uma bateria ao resistor desconhecido (com um resistor interno de um valor conhecido em série) produzindo uma corrente que impulsiona o movimento do medidor . A corrente, de acordo com a lei de Ohm , é inversamente proporcional à soma da resistência interna e do resistor em teste, resultando em uma escala analógica do medidor bastante não linear, calibrada do infinito até 0 ohms. Um multímetro digital, usando componentes eletrônicos ativos, pode, em vez disso, passar uma corrente especificada pela resistência de teste. A tensão gerada na resistência de teste, nesse caso, é linearmente proporcional à sua resistência, que é medida e exibida. Em ambos os casos, as faixas de baixa resistência do medidor passam muito mais corrente pelos cabos de teste do que as faixas de alta resistência, para que as tensões presentes estejam em níveis razoáveis ​​(geralmente abaixo de 10 volts), mas ainda mensuráveis.

A medição de resistores de baixo valor, como resistores de ohm fracionário, com precisão aceitável requer conexões de quatro terminais . Um par de terminais aplica uma corrente calibrada conhecida ao resistor, enquanto o outro par detecta a queda de tensão no resistor. Alguns ohmímetros de qualidade de laboratório, especialmente miliômetro, e até mesmo alguns dos melhores multímetros digitais detectam o uso de quatro terminais de entrada para essa finalidade, que podem ser usados ​​com fios de teste especiais. Cada um dos dois chamados clipes Kelvin tem um par de mandíbulas isoladas uma da outra. Um lado de cada clipe aplica a corrente de medição, enquanto as outras conexões são apenas para detectar a queda de tensão. A resistência é novamente calculada usando a Lei de Ohm como a tensão medida dividida pela corrente aplicada.

Padrões

Resistores de produção

As características do resistor são quantificadas e relatadas usando vários padrões nacionais. Nos EUA, MIL-STD-202 contém os métodos de teste relevantes aos quais outros padrões se referem.

Existem vários padrões especificando propriedades de resistores para uso em equipamentos:

Existem outros padrões MIL-R de aquisição militar dos Estados Unidos.

Padrões de resistência

O principal padrão de resistência, o "ohm de mercúrio" foi inicialmente definido em 1884 como uma coluna de mercúrio de 106,3 cm de comprimento e 1 milímetro quadrado de seção transversal, a 0 graus Celsius . As dificuldades em medir com precisão as constantes físicas para replicar este padrão resultam em variações de até 30 ppm. A partir de 1900, o ohm de mercúrio foi substituído por uma placa de manganina usinada com precisão . Desde 1990, o padrão internacional de resistência tem sido baseado no efeito Hall quantizado descoberto por Klaus von Klitzing , pelo qual ele ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1985.

Resistores de altíssima precisão são fabricados para calibração e uso em laboratório . Eles podem ter quatro terminais, usando um par para transportar uma corrente operacional e o outro par para medir a queda de tensão; isso elimina erros causados ​​por quedas de tensão nas resistências dos cabos, porque nenhuma carga flui pelos cabos sensores de tensão. É importante em resistores de pequeno valor (100–0,0001 ohm) onde a resistência do condutor é significativa ou mesmo comparável com relação ao valor padrão da resistência.

Marcação de resistor

Guia do código de cores do resistor RMA baseado em rodas . Por volta de 1945–1950.

As caixas dos resistores axiais são geralmente bege, marrom, azul ou verde (embora outras cores também sejam encontradas ocasionalmente, como vermelho escuro ou cinza escuro) e exibem de 3 a 6 listras coloridas que indicam resistência (e por tolerância de extensão), e pode ser estendido para indicar o coeficiente de temperatura e a classe de confiabilidade. As duas primeiras listras representam os dois primeiros dígitos da resistência em ohms , a terceira representa um multiplicador e a quarta a tolerância (que, se ausente, denota ± 20%). Para resistores de cinco e seis listras, o terceiro é o terceiro dígito, o quarto é o multiplicador e o quinto é a tolerância; uma sexta faixa representa o coeficiente de temperatura. A classificação de potência do resistor geralmente não é marcada e é deduzida do tamanho.

Os resistores de montagem em superfície são marcados numericamente.

Os resistores do início do século 20, essencialmente sem isolamento, foram mergulhados em tinta para cobrir todo o seu corpo para codificação por cores. Uma segunda cor de tinta foi aplicada a uma extremidade do elemento, e um ponto colorido (ou faixa) no meio forneceu o terceiro dígito. A regra era "corpo, ponta, ponto", fornecendo dois dígitos significativos para o valor e o multiplicador decimal, nessa sequência. A tolerância padrão era de ± 20%. Os resistores de tolerância mais próxima tinham tinta prateada (± 10%) ou dourada (± 5%) na outra extremidade.

Valores preferidos

Os primeiros resistores eram feitos em números redondos mais ou menos arbitrários; uma série pode ter 100, 125, 150, 200, 300, etc. Os resistores conforme fabricados estão sujeitos a uma certa porcentagem de tolerância e faz sentido fabricar valores que se correlacionam com a tolerância, de modo que o valor real de um resistor se sobreponha ligeiramente com seus vizinhos. Espaçamentos mais largos deixam lacunas; espaçamento mais estreito aumenta os custos de fabricação e estoque para fornecer resistores que são mais ou menos intercambiáveis.

Um esquema lógico é produzir resistores em uma faixa de valores que aumentam em uma progressão geométrica , de modo que cada valor seja maior que seu predecessor por um multiplicador fixo ou porcentagem, escolhido para coincidir com a tolerância da faixa. Por exemplo, para uma tolerância de ± 20%, faz sentido ter cada resistor cerca de 1,5 vezes seu predecessor, cobrindo uma década em 6 valores. Mais precisamente, o fator usado é 1,4678 ≈ , dando valores de 1,47, 2,15, 3,16, 4,64, 6,81, 10 para a década de 1–10 (uma década é um intervalo que aumenta por um fator de 10; 0,1–1 e 10– 100 são outros exemplos); estes são arredondados na prática para 1,5, 2,2, 3,3, 4,7, 6,8, 10; seguido por 15, 22, 33, ... e precedido por ... 0,47, 0,68, 1. Este esquema foi adotado como a série E48 dos valores numéricos preferidos da IEC 60063 . Existem também as séries E12 , E24 , E48 , E96 e E192 para componentes de resolução progressivamente mais fina, com 12, 24, 96 e 192 valores diferentes em cada década. Os valores reais usados ​​estão nas listas IEC 60063 de números preferidos.

Espera-se que um resistor de 100 ohms ± 20% tenha um valor entre 80 e 120 ohms; seus vizinhos E6 são 68 (54–82) e 150 (120–180) ohms. Um espaçamento razoável, E6 é usado para componentes de ± 20%; E12 para ± 10%; E24 para ± 5%; E48 para ± 2%, E96 para ± 1%; E192 para ± 0,5% ou melhor. Os resistores são fabricados em valores de alguns miliohms a cerca de um gigaohm nas faixas IEC60063 apropriadas para sua tolerância. Os fabricantes podem classificar os resistores em classes de tolerância com base na medição. Consequentemente, uma seleção de resistores de 100 ohms com uma tolerância de ± 10%, pode não estar apenas em torno de 100 ohms (mas não mais do que 10% fora) como seria de se esperar (uma curva de sino), mas sim estar em dois grupos - entre 5 e 10% muito alto ou 5 a 10% muito baixo (mas não mais perto de 100 ohm do que isso) porque quaisquer resistores medidos pela fábrica como tendo menos de 5% de diferença teriam sido marcados e vendidos como resistores com apenas ± Tolerância de 5% ou melhor. Ao projetar um circuito, isso pode se tornar uma consideração. Este processo de classificação de peças com base na medição de pós-produção é conhecido como "binning" e pode ser aplicado a outros componentes além de resistores (como graus de velocidade para CPUs).

Resistores elétricos anteriores, como os tipos com esmalte vítreo marrom, no entanto, eram feitos com um sistema diferente de valores preferenciais, como alguns daqueles mencionados na primeira frase desta seção.

Resistores SMT

Esta imagem mostra quatro resistores de montagem em superfície (o componente no canto superior esquerdo é um capacitor ) incluindo dois resistores de zero ohm . Links de zero ohm são freqüentemente usados ​​em vez de links de fio, para que possam ser inseridos por uma máquina de inserção de resistor. Sua resistência é insignificante.

Resistores montados em superfície de tamanhos maiores (métrico 1608 e superior) são impressos com valores numéricos em um código relacionado ao usado em resistores axiais. Resistores de tecnologia de montagem em superfície de tolerância padrão (SMT) são marcados com um código de três dígitos, em que os dois primeiros dígitos são os primeiros dois dígitos significativos do valor e o terceiro dígito é a potência de dez (o número de zeros) . Por exemplo:

334 = 33 × 10 4 Ω = 330 kΩ
222 = 22 × 10 2 Ω = 2,2 kΩ
473 = 47 × 10 3 Ω = 47 kΩ
105 = 10 × 10 5 Ω = 1 MΩ

Resistências menores que 100 Ω são escritas: 100, 220, 470. O zero final representa dez elevado à potência zero, que é 1. Por exemplo:

100 = 10 × 10 0 Ω = 10 Ω
220 = 22 × 10 0 Ω = 22 Ω

Às vezes, esses valores são marcados como 10 ou 22 para evitar um erro.

Resistências menores que 10 Ω possuem 'R' para indicar a posição do ponto decimal ( ponto de raiz ). Por exemplo:

4R7 = 4,7 Ω
R300 = 0,30 Ω
0R22 = 0,22 Ω
0R01 = 0,01 Ω

000 e 0000 às vezes aparecem como valores em links de zero ohm montados em superfície , uma vez que eles têm (aproximadamente) resistência zero.

Os resistores de montagem em superfície mais recentes são muito pequenos, fisicamente, para permitir a aplicação de marcações práticas.

Marcações do resistor de precisão

Muitos resistores de precisão, incluindo os de montagem em superfície e cabos axiais, são marcados com um código de quatro dígitos. Os primeiros três dígitos são os algarismos significativos e o quarto é a potência de dez. Por exemplo:

1001 = 100 × 10 1 Ω = 1,00 kΩ
4992 = 499 × 10 2 Ω = 49,9 kΩ
1000 = 100 × 10 0 Ω = 100 Ω

Os resistores de precisão de derivação axial geralmente usam bandas de código de cores para representar esse código de quatro dígitos.

Marcação EIA-96

O sistema de marcação EIA-96 é um sistema de marcação mais compacto, destinado a resistores de alta precisão fisicamente pequenos. Ele usa um código de 2 dígitos mais uma letra (um total de 3 caracteres alfanuméricos) para indicar os valores de resistência de 1% para três dígitos significativos. Os 2 dígitos (de "01" a "96") são um código que indica uma das 96 "posições" na série E96 padrão de valores de resistor de 1%. A letra é um código que indica uma potência de dez multiplicador. Por exemplo, a marcação "01C" representa 10 kOhm; "10C" representa 12,4 kOhm; "96C" representa 97,6 kOhm.

Designação de tipo industrial

Formato: [duas letras] <space> [valor da resistência (três dígitos)] <nospace> [código de tolerância (numérico - um dígito)]

Classificação de energia a 70 ° C
Tipo No. Poder
classificação
(watts)

Estilo MIL-R-11

Estilo MIL-R-39008
BB 18 RC05 RCR05
CB 14 RC07 RCR07
EB 12 RC20 RCR20
GB 1 RC32 RCR32
HB 2 RC42 RCR42
GM 3 - -
HM 4 - -
Código de Tolerância
Designação de tipo industrial Tolerância Designação MIL
5 ± 5% J
2 ± 20% M
1 ± 10% K
- ± 2% G
- ± 1% F
- ± 0,5% D
- ± 0,25% C
- ± 0,1% B

Etapas para descobrir os valores de resistência ou capacitância:

  1. As duas primeiras letras indicam a capacidade de dissipação de energia.
  2. Os próximos três dígitos fornecem o valor da resistência.
    1. Os dois primeiros dígitos são os valores significativos
    2. O terceiro dígito é o multiplicador.
  3. O dígito final fornece a tolerância.

Se um resistor estiver codificado:

  • EB1041: capacidade de dissipação de energia = 1/2 watts, valor de resistência = 10 × 10 4 ± 10% = entre9 × 10 4 ohms e11 × 10 4 ohms.
  • CB3932: capacidade de dissipação de energia = 1/4 watts, valor de resistência = 39 × 10 3 ± 20% = entre31,2 × 10 3 e46,8 × 10 3 ohms.

Ruído elétrico e térmico

Na amplificação de sinais fracos, muitas vezes é necessário minimizar o ruído eletrônico , particularmente no primeiro estágio de amplificação. Como um elemento dissipativo, mesmo um resistor ideal produz naturalmente uma tensão flutuante aleatoriamente, ou ruído, em seus terminais. Este ruído Johnson-Nyquist é uma fonte de ruído fundamental que depende apenas da temperatura e da resistência do resistor, e é previsto pelo teorema da flutuação-dissipação . Usar um valor maior de resistência produz um ruído de tensão maior, enquanto um valor menor de resistência gera mais ruído de corrente, em uma determinada temperatura.

O ruído térmico de um resistor prático também pode ser maior do que a previsão teórica e esse aumento é tipicamente dependente da frequência. Excesso de ruído de um resistor prático é observado apenas quando a corrente flui por ele. Isso é especificado em unidades de μV / V / década - μV de ruído por volt aplicado no resistor por década de frequência. O valor μV / V / década é freqüentemente dado em dB de modo que um resistor com um índice de ruído de 0 dB exibe 1 μV (rms) de ruído em excesso para cada volt através do resistor em cada década de frequência. O excesso de ruído é, portanto, um exemplo de ruído 1 / f . Os resistores de filme espesso e de composição de carbono geram mais ruído em excesso do que outros tipos em baixas frequências. Resistores de fio enrolado e de película fina são freqüentemente usados ​​por suas melhores características de ruído. Os resistores de composição de carbono podem exibir um índice de ruído de 0 dB, enquanto os resistores de folha de metal em massa podem ter um índice de ruído de −40 dB, geralmente tornando o ruído excessivo dos resistores de folha de metal insignificante. Os resistores de montagem em superfície de filme fino normalmente têm menor ruído e melhor estabilidade térmica do que os resistores de montagem em superfície de filme espesso. O excesso de ruído também depende do tamanho: em geral, o excesso de ruído é reduzido à medida que o tamanho físico de um resistor é aumentado (ou vários resistores são usados ​​em paralelo), pois as resistências de flutuação independente de componentes menores tendem a se esgotar.

Embora não seja um exemplo de "ruído" per se, um resistor pode atuar como um termopar , produzindo um pequeno diferencial de tensão CC devido ao efeito termoelétrico se suas extremidades estiverem em temperaturas diferentes. Esta tensão DC induzida pode degradar a precisão dos amplificadores de instrumentação em particular. Essas tensões aparecem nas junções dos cabos do resistor com a placa de circuito e com o corpo do resistor. Resistores de filme de metal comuns mostram tal efeito em uma magnitude de cerca de 20 µV / ° C. Alguns resistores de composição de carbono podem exibir desvios termoelétricos de até 400 µV / ° C, enquanto resistores especialmente construídos podem reduzir esse número para 0,05 µV / ° C. Em aplicações onde o efeito termoelétrico pode se tornar importante, deve-se tomar cuidado para montar os resistores horizontalmente para evitar gradientes de temperatura e para cuidar do fluxo de ar sobre a placa.

Modos de falha

A taxa de falha de resistores em um circuito projetado corretamente é baixa em comparação com outros componentes eletrônicos, como semicondutores e capacitores eletrolíticos. Os danos aos resistores ocorrem com mais frequência devido ao superaquecimento quando a potência média fornecida a ele excede em muito sua capacidade de dissipar o calor (especificada pela classificação de potência do resistor ). Isso pode ser devido a uma falha externa ao circuito, mas é freqüentemente causado pela falha de outro componente (como um transistor que entra em curto) no circuito conectado ao resistor. Operar um resistor muito perto de sua classificação de potência pode limitar a vida útil do resistor ou causar uma mudança significativa em sua resistência. Um projeto seguro geralmente usa resistores superestimados em aplicações de energia para evitar esse perigo.

Resistores de película fina de baixa potência podem ser danificados por estresse de alta tensão de longo prazo, mesmo abaixo da tensão máxima especificada e abaixo da classificação de potência máxima. Este é frequentemente o caso dos resistores de inicialização que alimentam um circuito integrado de fonte de alimentação comutada .

Quando superaquecidos, os resistores de filme de carbono podem diminuir ou aumentar a resistência. O filme de carbono e os resistores de composição podem falhar (circuito aberto) se funcionando perto de sua dissipação máxima. Isso também é possível, mas menos provável com filme de metal e resistores de fio enrolado.

Também pode haver falha de resistores devido ao estresse mecânico e fatores ambientais adversos, incluindo umidade. Se não forem incluídos, os resistores enrolados podem sofrer corrosão.

Resistores de montagem em superfície são conhecidos por falhar devido ao ingresso de enxofre na composição interna do resistor. Este enxofre reage quimicamente com a camada de prata para produzir sulfeto de prata não condutor. A impedância do resistor vai para o infinito. Resistores resistentes ao enxofre e anticorrosivos são vendidos para aplicações automotivas, industriais e militares. ASTM B809 é um padrão da indústria que testa a suscetibilidade de uma peça ao enxofre.

Um modo de falha alternativo pode ser encontrado onde resistores de grande valor são usados ​​(centenas de kilohms e mais). Os resistores não são especificados apenas com uma dissipação de potência máxima, mas também para uma queda de tensão máxima. Exceder essa tensão faz com que o resistor se degrade lentamente, reduzindo sua resistência. A queda de tensão nos resistores de grande valor pode ser excedida antes que a dissipação de energia alcance seu valor limite. Como a tensão máxima especificada para resistores comumente encontrados é de algumas centenas de volts, esse é um problema apenas em aplicações onde essas tensões são encontradas.

Os resistores variáveis ​​também podem degradar de uma maneira diferente, normalmente envolvendo mau contato entre o limpador e o corpo da resistência. Isso pode ser devido à sujeira ou corrosão e é normalmente percebido como "estalos", pois a resistência de contato flutua; isto é especialmente notado quando o dispositivo é ajustado. Isso é semelhante ao estalido causado por mau contato em interruptores e, como interruptores, os potenciômetros são, até certo ponto, autolimpantes: passar o limpador pela resistência pode melhorar o contato. Os potenciômetros que raramente são ajustados, especialmente em ambientes sujos ou agressivos, têm maior probabilidade de desenvolver esse problema. Quando a autolimpeza do contato é insuficiente, a melhoria geralmente pode ser obtida com o uso de um limpador de contato (também conhecido como "limpador de afinador") em spray. O ruído crepitante associado à rotação do eixo de um potenciômetro sujo em um circuito de áudio (como o controle de volume) é muito acentuado quando uma tensão CC indesejada está presente, geralmente indicando a falha de um capacitor de bloqueio CC no circuito.

Veja também

Referências

links externos