Il resistore è un componente elettrico passivo, non reattivo, che limita il passaggio di corrente elettrica in base al suo valore di resistenza elettrica.
Il resistore è tra i componenti elettrici più diffusi. E’ un componente passivo in quanto, quando riceve energia, parte di questa non viene restituita al circuito ma viene dissipata in calore ovvero energia termica tramite effetto Joule. E’ inoltre un componente non reattivo in quanto nel caso ideale non dipende dalla frequenza del segnale in ingresso. Il resistore è il componente le cui caratteristiche permettono di avere un determinato valore di resistenza elettrica al passaggio di corrente. Dipendentemente dall’utilizzo, il resistore può essere di tipi differenti. Per convezione viene indicato il valore della resistenza elettrica direttamente su di esso tramite stampa del valore oppure codifica a colori. Vediamo adesso le caratteristiche principali dei resistori.
A cosa serve il resistore?
Il resistore è utilizzato nei circuiti elettrici ed elettronici per poter fornire un particolare valore di resistenza elettrica dipendentemente dall’applicazione del circuito.
Il resistore può servire a svariate applicazioni dipendentemente da come viene utilizzato. Applicazioni comuni del resistore includono l’utilizzo per:
- imporre un determinato valore di corrente al circuito;
- imporre valori definiti di tensione e corrente a componenti attivi come ad esempio i transistor ovvero poter assicurare un particolare livello logico;
- produrre un determinato livello di calore;
- definire una precisa impedenza al circuito;
- in generale, limitare il flusso di corrente e la tensione al nodo.
Resistore lineare e resistore non lineare
A seconda dell’applicazione e quindi della finalità di utilizzo i resistori possono presentare dimensioni, forme e materiali diversi. Indipendentemente da questo possiamo distinguere due principali categorie di resistore:
- resistore lineare;
- resistore non lineare.
Resistore lineare
Sono resistori lineari tutti quei resistori in grado di fornire un determinato livello di resistenza elettrica indipendentemente dalla corrente che li attraversa. In un resistore lineare la tensione varia proporzionalmente con la corrente cioè è rispettata la legge di Ohm. Si distinguono due tipi di resistori lineari:
Resistori fissi
Sono resistori fissi tutti quei resistori in grado di fornire un unico e specifico valore di resistenza elettrica.
Resistori variabili
I resistori variabili sono tutti quei resistori in grado di fornire un range di valori di resistenza elettrica. Tali valore di resistenza può essere definito andando ad esempio ad agire su una manopola oppure su una vite. Un tipico esempio di applicazione resistore variabile è quello del controllo audio dello stereo o della televisione. Tra i componenti più comuni che realizzano una resistenza variabile troviamo ci sono i potenziometri, i trimmer ed i reostati.
Resistore non lineare
I resistori non lineari sono quei resistori in cui la resistenza elettrica che sono in grado di fornire non varia linearmente con la corrente che li attraversa. Nei resistori non lineari non è rispettata la legge di Ohm. La resistenza elettrica dei resistori non lineari presenta quindi un valore che dipende da fattori diversi come ad esempio la tensione applicata, la temperatura, la luminosità. Alcuni esempi di resistori variabili sono i seguenti.
Varistore
Nel varistore la resistenza elettrica fornita dal componente dipende dalla tensione che è stata applicata ai capi dello stesso e sono generalmente composti di materiali come il selenio (Se), il silicio (Si), il carburo di silicio (SiC).
Termistore
Nel termistore la resistenza elettrica fornita dal componente dipende dalla sua temperatura. Nel caso in cui il valore di resistenza elettrica diminuisca all’aumentare della temperatura si dice che il termistore ha un coefficiente di temperatura negativo (NTC) mentre se il valore di resistenza elettrica aumenta all’aumentare della temperatura si dice che il termistore ha un coefficiente di temperatura positivo (PTC). Termistori NTC sono tipicamente utilizzati per effettuare misure di temperatura. Termistori NTC sono ad esempio utilizzati per la protezione di circuiti poiché, aumentando la loro resistenza all’aumentare della temperatura, svolgono la funzione di fusibile auto ripristinabile.
Fotoresistore
Questo tipo di resistore è caratterizzato da valori di resistenza elettrica che dipendono dall’intensità luminosa cui è sottoposto. Troviamo questo tipo di resistori in alcuni tipi di sveglie oppure in quelle lampade o lampioni che, a seconda delle applicazioni, si possono accendere o spegnere in presenza di luce.
Magnetoresistore
I valori della resistenza elettrica del magnetoresistore variano al variare del campo magnetico applicato. I magnetoresistori sono tipicamente utilizzati nei sensori di posizione, nelle misure di intensità e direzione del campo magnetico, oppure per la detezione di metalli.
Simbolo grafico del resistore
Tutti i tipi di resistore presentano il proprio simbolo che è quello poi utilizzato negli schemi elettrici ed in tutte le rappresentazioni grafiche. Lo standard internazionale per i simboli grafici dei componenti elettrici è IEC 60617, tuttavia è comune vedere negli schemi simboli definiti nello standard americano ANSI Y32.
| Tipo di resistore | IEC 60617 | ANSI Y32 |
|---|---|---|
| Resistore |  |  |
| Resistore variabile |  |  |
| Potenziometro |  |  |
| Trimmer |  |  |
| Fotoresistore |  |  |
Tutti i resistori variabili presentano assieme al simbolo IEC 60617 o ANSI Y32 l’indicazione del valore del coefficiente caratteristico con relativa unità di misura.
Parametri del resistore fisso
Il resistore è quel componente reale che realizza il concetto di resistenza elettrica. Ovviamente nella realtà la capacità del resistore di assumere un determinato valore di resistenza elettrica dipende da fattori intrinsechi come il materiale di cui è costituito e fattori estrinsechi come fattori ambientali legati all’ambiente di utilizzo. Vediamo ora quali sono i principali parametri che caratterizzano un resistore. Questi parametri sono quelli che tipicamente si trovano nelle schede dati del componente.
Valore nominale del resistore
Il valore nominale del resistore è il valore della resistenza elettrica che è realizzata dal componente. L’unità di misura sono gli Ohm (simbolo: Ω) e può essere preceduto da una lettera che ne indica il fattore moltiplicativo secondo il Sistema Internazionale (esempi: µ=micro=0,000001, k=chilo=1000, M=mega= 1000000). Se per esempio troviamo l’indicazione del valore di 4,7kΩ vorrà dire che il resistore realizza un valore di resistenza elettrica di 4700Ω. Il valore nominale del resistore può inoltre essere stampato direttamente sul resistore oppure essere indicato tramite codifica a colori (vedi paragrafo successivo) e lo si intende alla temperatura di 25°C. La temperatura di 25°C è quella tipica dell’ambiente.
Potenza nominale del resistore
Una altro parametro importante che caratterizza un resistore è il valore della potenza nominale espresso in Watt (simbolo: W). Tale valore indica la potenza che il resistore è in grado di dissipare ad una temperatura di 70°C. Vari fattori influenzano tale parametro che dipende principalmente dalla grandezza fisica del resistore ovvero dalle sue dimensioni, dal materiale che lo costituisce ed ovviamente dal processo di fabbricazione dello stesso. La temperatura di 70°C è il limite superiore per cui tale valore di potenza nominale, così come dichiarato dal fabbricante del resistore, è da ritenersi valido. Per temperature superiori ai 70°C la potenza decresce linearmente rispetto a quella nominale. Questo andamento è espresso graficamente tramite la così detta curva di riduzione della potenza detta anche curva di derating. Un esempio di tale curva è mostrato di seguito.
Si nota che sino a 70°C la potenza che il resistore è in grado di dissipare rappresenta il 100% della potenza nominale ovvero le due potenze coincidono. Superati i 70°C si ha un calo lineare della potenza dissipata, nella figura seguente ad esempio si può notare come a 120°C la potenza dissipata sia il 40% di quella nominale.
Tolleranza del resistore
Il valore di tolleranza del resistore è espresso in percentuale (%) ed indica quanto la resistenza elettrica del resistore si può discostare dal suo valore nominale. Se, ad esempio, un resistore con valore nominale di resistenza pari a 100Ω ha una tolleranza pari a 5% significa il resistore può assumere valori di resistenza elettrica che variano tra 95Ω e 105Ω. Questo ovviamente ha un impatto importante sui valori ammissibili di corrente che si vuole controllare e per questo si distinguono le seguenti categorie.
- Bassa precisione: resistori con tolleranza pari al 20%;
- Media precisione: resistori con tolleranza pari a 10% o 5%;
- Alta precisione: resistori con tolleranza pari a 2%, 1%, 0,5%;
- Altissima precisione: resistori con tolleranza inferiore a 0,25% o 0,1%.
In commercio sono disponibili resistenze con valori di resistenza differenti ma ben definiti e stabiliti in base allo standard EN 60063. Questo standard infatti indica come preferibili una serie di valori resistenza elettrica e li raggruppa in serie in base al relativo valore di tolleranza. Queste serie sono la E3, E6, E12, E24, E48, E96 e la E192 e questa standardizzazione ha permesso di unificare non solo il mercato dei componenti ma anche dei relativi prodotti. Nella tabella seguente sono mostrati i valori di resistenza per ogni serie.
| Serie | Tolleranza | Valori di resistenza |
|---|---|---|
| E3 | > 20% | 10, 22, 47 |
| E6 | +/- 20% | 10,15, 22, 33, 47, 68 |
| E12 | +/- 10% | 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82 |
| E24 | +/- 5% | 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91 |
| E48 | +/- 2% | 100, 105, 110, 115, 121, 127, 133, 140, 147, 154, 162, 169, 178, 187, 196, 205, 215, 226, 237, 249, 261, 274, 287, 301, 316, 332, 348, 365, 383, 402, 422, 442, 464, 487, 511, 536, 562, 590, 619, 649, 681, 715, 750, 787, 825, 866, 909, 953 |
| E96 | +/- 1% | 100, 102, 105, 107, 110, 113, 115, 118, 121, 124, 127, 130, 133, 137, 140, 143, 147, 150, 154, 158, 162, 165, 169, 174, 178, 182, 187, 191, 196, 200, 205, 210, 215, 221, 226, 232, 237, 243, 249, 255, 261, 267, 274, 280, 287, 294, 301, 309, 316, 324, 332, 340, 348, 357, 365, 374, 383, 392, 402, 412, 422, 432, 442, 453, 464, 475, 487, 499, 511, 523, 536, 549, 562, 576, 590, 604, 619, 634, 649, 665, 681, 698, 715, 732, 750, 768, 787, 806, 825, 845, 866, 887, 909, 931, 953, 976 |
| E192 | < 1% | 100, 101, 102, 104, 105, 106, 107, 109, 110, 111, 113, 114, 115, 117, 118, 120, 121, 123, 124, 126, 127, 129, 130, 132, 133, 135, 137, 138, 140, 142, 143, 145, 147, 149, 150, 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 165, 167, 169, 172, 174, 176, 178, 180, 182, 184, 187, 189, 191, 193, 196, 198, 200, 203, 205, 208, 210, 213, 215, 218, 221, 223, 226, 229, 232, 234, 237, 240, 243, 246, 249, 252, 255, 258, 261, 264, 267, 271, 274, 277, 280, 284, 287, 291, 294, 298, 301, 305, 309, 312, 316, 320, 324, 328, 332, 336, 340, 344, 348, 352, 357, 361, 365, 370, 374, 379, 383, 388, 392, 397, 402, 407, 412, 417, 422, 427, 432, 437, 442, 448, 453, 459, 464, 470, 475, 481, 487, 493, 499, 505, 511, 517, 523, 530, 536, 542, 549, 556, 562, 569, 576, 583, 590, 597, 604, 612, 619, 626, 634, 642, 649, 657, 665, 673, 681, 690, 698, 706, 715, 723, 732, 741, 750, 759, 768, 777, 787, 796, 806, 816, 825, 835, 845, 856, 866, 876, 887, 898, 909, 919, 931, 942, 953, 965, 976, 988 |
Coefficiente di temperatura del resistore
Il valore di resistenza elettrica che il resistore è in grado di assumere è dipendente dalla temperatura dello stesso. Per questo un altro importante parametro per la caratterizzazione del resistore è quello del coefficiente di temperatura, espresso in ppm/°C ovvero parti per milione per grado centigrado. In applicazioni dove si vuole un controllo preciso del flusso di corrente è importante che questo parametro sia il più basso possibile in modo da avere prestazioni stabili. In altri casi, come in quello del termistore, questo parametro è molto alto proprio per le finalità di utilizzo di questo tipo di resistore variabile. Il coefficiente di temperatura dipende dal materiale con cui è realizzato il resistore.
Un resistore con 500ppm/°C è un resistore la cui resistenza varia di un fattore di 500×10-6 per ogni grado oltre i 25°C (se non diversamente indicato nella scheda dati). Tipicamente il costruttore del resistore presenta più di un valore a seconda della temperatura poiché la variazione di resistenza tipicamente non è lineare. E’ necessario quindi fare riferimento alla temperatura di esercizio, anch’essa indicata dal costruttore nella scheda dati del resistore in termini di “Temperatura massima di esercizio” e “Temperatura minima di funzionamento”. A questi ultimi due valori sono associati i relativi valori del coefficiente di temperatura del resistore generalmente indicati come “Coefficiente di temperatura massimo” e “Coefficiente di temperatura minimo”.
Tensione massima nominale del resistore
Rappresenta il valore della massima tensione di esercizio che il resistore è fisicamente in grado di sostenere ovvero il valore di tensione a cui il resistore è in grado di dissipare la potenza nominale. Se questo valore è superato, le conseguenze possono essere la rottura del resistore. Danni irreversibili che quindi pregiudicano irrimediabilmente il funzionamento del resistore possono verificarsi anche nel caso di tensioni vicine a quei valori, sostenute per un tempo prolungato. Ne consegue che tale tensione dipende dalle caratteristiche del materiale dell’isolamento del resistore.
Tensione di rumore del resistore
Un parametro che più raramente si incontra nelle schede tecniche dei resistori è quello della tensione di rumore. La tensione di rumore di un resistore è quella tensione che si ha ai capi del resistore in assenza di alimentazione. E’ tipicamente un rumore bianco cioè a valor medio nullo dovuto all’agitazione termica degli elettroni all’interno del resistore e che è indipendente dalla tensione applicata. Tale rumore è detto rumore Johnson–Nyquist, l’unità di misura sono i Volt e valori tipici sono dell’ordine dei micro-Volt.
Stabilità del resistore
La stabilità è un parametro di interesse per valutare l’affidabilità del resistore. La stabilità del resistore è espressa in percentuale (%) oppure in parti per milione (ppm) ed indica quanto il valore di resistenza elettrica del resistore si discosta, nel tempo, dal valore nominale. Si trova generalmente assieme a dei valori di tempo di lavoro e temperatura. Se ad esempio il costruttore di un ipotetico resistore da 100 Ω dichiara stabilità pari a 500 ppm, 2.000 h a 70 °C, si intende che se utilizzo il resistore alla potenza nominale per 2000 ore ad una temperatura di 70°C bisogna attendersi un decadimento (anche detta deriva) del valore di resistenza di 100*500*10-6 corrispondente a 0,05 Ω.
Temperatura di funzionamento del resistore
Nel caso in cui l’utilizzo del resistore richieda di tener conto di temperature particolari, è necessario fare attenzione alla temperatura di funzionamento del resistore che il costruttore indica generalmente nella scheda dati con un range di valori temperatura. Se ad esempio il costruttore dichiara una temperatura di funzionamento compresa tra -55°C e 125°C significa che il resistore è in grado di sostenere queste temperature e quindi funzionare avere le prestazioni dichiarate mentre, al contrario, al di fuori di questo intervallo il resistore potrebbe facilmente danneggiarsi in maniera irreversibile.
Codifica dei colori del resistore
Il valore di resistenza elettrica del resistore può essere indicato direttamente sul componente oppure essere indicato tramite bande colorate. Ogni banda rappresenta un numero e, a seconda della posizione, assume un significato. Le bande dei colori si leggono da sinistra a destra. I resistori possono presentare 3, 5 oppure 6 bande colorate. Nel caso di resistori con 3 oppure 5 bande, l’ultimo colore indica la tolleranza e la banda risulta generalmente più distante dalle altre bande colorate. Nel caso di resistori con 6 bande, la penultima banda (contando da sinistra) si riferisce alla tolleranza mentre l’ultima banda rappresenta il coefficiente di temperatura Anche nel caso dei resistori a 6 bande l’ultima banda è riconoscibile dalle altre in quanto più larga, nel caso non sia distinguibile per larghezza occorre fare attenzione ai colori ammissibili per posizione. Di seguito la famosissima tabella dei colori del resistore.
Tabella colori resistore a 3 o 4 bande
| Colore | Prima banda | Seconda banda | Terza banda | Quarta banda |
|---|---|---|---|---|
| Prima cifra | Seconda cifra | Moltiplicatore | Tolleranza | |
| Nero | - | 0 | 1 | - |
| Marrone | 1 | 1 | 10 | +/- 1% |
| Rosso | 2 | 2 | 100 | +/- 2% |
| Arancione | 3 | 3 | 1000 | - |
| Giallo | 4 | 4 | 10000 | - |
| Verde | 5 | 5 | 100000 | - |
| Blu | 6 | 6 | 1000000 | - |
| Viola | 7 | 7 | - | - |
| Grigio | 8 | 8 | - | - |
| Bianco | 9 | 9 | - | - |
| Oro | - | - | 0,1 | +/- 5% |
| Argento | - | - | 0,01 | +/- 10% |
Vediamo di seguito un esempio di decodifica dei colori per un resistore a 4 bande.
Tabella colori resistore a 5 o 6 bande
| Colore | Prima banda | Seconda banda | Terza banda | Quarta banda | Quinta banda | Sesta banda |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Prima cifra | Seconda cifra | Terza cifra | Moltiplicatore | Tolleranza | Coefficiente di temperatura | |
| Nero | - | 0 | 0 | 1 | - | 200 ppm/°C |
| Marrone | 1 | 1 | 1 | 10 | +/- 1% | 100 ppm/°C |
| Rosso | 2 | 2 | 2 | 100 | +/- 2% | 50 ppm/°C |
| Arancione | 3 | 3 | 3 | 1000 | - | 15 ppm/°C |
| Giallo | 4 | 4 | 4 | 10000 | - | 25 ppm/°C |
| Verde | 5 | 5 | 5 | 100000 | +/- 0,5% | - |
| Blu | 6 | 6 | 6 | 1000000 | +/- 0,25% | 10 ppm/°C |
| Viola | 7 | 7 | 7 | - | +/- 0,1% | 5 ppm/°C |
| Grigio | 8 | 8 | 8 | - | +/- 0,05% | - |
| Bianco | 9 | 9 | 9 | - | - | - |
| Oro | - | - | - | 0,1 | +/- 5% | - |
| Argento | - | - | - | 0,01 | +/- 10% | - |
Vediamo di seguito un esempio di decodifica dei colori per un resistore a 5 bande.
