Resistori e condensatori

Resistori e condensatori
Bipoli Passivi Resistori e condensatori Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Carlo Raiano IIS aldini Valeriani
Per un materiale, il parametro che caratterizza la capacità di opporsi al passaggio di corrente elettrica è la resistività. La resistività è una proprietà intrinseca di ogni materiale e rappresenta la resistenza elettrica tra due facce opposte di un cubo con spigolo unitario del materiale in esame [ m] In prima approssimazione dal valore della resistività è possibile suddividere i materiali in conduttori se presentano bassi valori di resistività, semiconduttori se presentano valori medi di resistività, o isolanti, se presentano elevati valori di resistività. Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Ad esempio per i conduttori : Rame (Cu)  = 1,7  m ; Alluminio (Al)  = 2,8  m per gli isolanti : carta  = 3  m ; ceramica  = 5  m La resistività non è costante ma varia con la temperatura secondo la legge . To = temperatura di riferimento ( generalmente temperatura ambiente 20 °C To = resistività alla temperatura di riferimento  = coefficiente di temperatura Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Il coefficiente di temperatura rappresenta la variazione relativa di resistività per ogni grado di variazione della temperatura. α > ρ aumenta se T aumenta α< ρ diminuisce se T aumenta Resistenza Sperimentalmente si trova che in un conduttore il legame esistente tra tensione e corrente è del tipo ( legge di Ohm) La costante di proporzionalità è detta Resistenza e si indica con R Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

La resistenza di un conduttore, costituita da un materiale assegnato si può determinare conoscendo le sue caratteristiche fisiche (resistività  ) e geometriche ( lunghezza l e sezione S) . la resistenza di un conduttore varia con la temperatura, essendo essa direttamente proporzionale alla resistività Il coefficiente di temperatura generalmente viene indicato con Tc e misurata in ppm/°C ( parti per milione su grado ossia 10-6 /°C) Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Resistori La resistenza di un conduttore, costituita da un materiale assegnato si può determinare conoscendo le sue caratteristiche fisiche (resistività  ) e geometriche ( lunghezza l e sezione S) . In elettronica vengono utilizzati dei componenti passivi detti resistori ( comunemente vengono chiamate resistenze) atti a limitare la corrente elettrica in un circuito . I simboli grafici utilizzati per rappresentare un resistore Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Tecnologia dei resistori Dal punto di vista costruttivo oggi i resistori sono realizzati con tre tecnologie (una quarta, resistenze ad impasto sono in disuso) Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Tecnologia Resistori Resistori a impasto E’ costituito da un cilindro realizzato da un impasto di resistivo di carbone e grafite in cui sono immersi i reofori, il tutto viene inglobato in un contenitore di plastica mediante tecnica RTM(Resine tranfer moulding) Nel processo RTM una miscela di resina e catalizzatore viene iniettata a bassa pressione, in quantità dosata entro uno stampo che contiene l’elemento da inglobare . Quando la resina è indurita, si può aprire lo stampo e rimuovere il pezzo finito. Il valore capacitivo è definito dalla quantità di materiale che realizza l’elemento resistivo Sono economici ma sono poco precisi Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Resistori a film Tecnologia Resistori Costituito da un supporto ceramico cilindrico sul quale viene steso un film di materiale conduttivo di pochi μm Costituito da un supporto ceramico cilindrico sul quale viene steso un film di materiale conduttivo di pochi μm I reofori vengono connessi all’elemento resistivo mediante due cappucci metallici inseriti a pressione sul cilindro L’isolamento viene ottenuto o con vernici Il valore resistivo definito dal film è molto impreciso, per ottenere valori precisi si adotta la tecnica della spiralizzazione Spiralizzazione: parte del film viene eliminato seguendo un percorso elicoidale, in questo modo si aumenta la lunghezza dell’elemento resistivo con conseguente aumento della resistenza Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Questo processo di spiralizzazione viene fatto in automatico ed interrotto quando il valore resistivo,misurato di continuo, raggiunge quello desiderato Per ottenere il valore resistivo richiesto si parte da un elemento il cui film ha valore resistivo più basso di quello che si vuole ottenere Le caratteristiche di questi resistori dipendono molto dal tipo di film utilizzato: Metallico: lo strato è costituito da lega metallica (nichel cromo) o ossidi metallici (ossido di stagno) sono resistenze caratterizzati da una ottima precisione metal glaze : il supporto isolante viene rivestito per immersione in una miscela fusa di polveri metalliche argento tantalio o argento palladio. cermet sul supporto isolante è stesa una pasta composta da polvere metallica e polvere ceramica , che viene poi cotta ad alta temperatura. Carbone sul supporto isolante è stesa un film di grafite I resistori a strato hanno buona precisione dal 5% al 1% i metallici possono scendere a precisioni più spinte ( 0,1% -0,001%), le potenze da un 1/8W a circa 5W e quelli a film metallico hanno una buona stabilità ternica Tc <20ppm/°ç Carlo Raiano IIS aldini Valeriani Carlo Raiano IIS Aldini Valeriani

Tecnologia Resistori Resistori a filo L’elemento resistivo è costituito da un filo metallico avvolto sul supporto isolante di ceramica o bachelite Il diametro dipende dal valore massimo della corrente che scorre nel resistore maggiori sono le potenze e maggiori sono le dimensioni complessive del resistore Gli estremi del filo sono collegati ai reofori ,ed il tutto è protetto ed isolato con vernici resistenti a temperature fine a 150 °C oppure annegati in un cilindro di ceramica per temperatura di lavoro intorno ai 350 °C Carlo Raiano IIS aldini Valeriani Carlo Raiano IIS Aldini Valeriani

Tecnologia Resistori Il filo resistivo è realizzato con leghe Lega nichel- rame (costantana) per resistori di elevata precisione Lega nichel- cromo per resistori di elevata potenza Lega nichel- cromo-alluminio per resistori con elevato valore resistivo Lega nichel-rame-magnesio (manganina) per resistori con basso coefficiente di temperatura (Tc ~ 0) Lega nichel- cromo-ferro per resistori di buone qualità ma economici Si utilizzano le leghe perché queste hanno rispetto ai metalli puri una resistività maggiore, ed a parità di resistenza che si desidera gli ingombri molto più contenuti . I resistori a filo sono più costosi dei resistori a stato Carlo Raiano IIS aldini Valeriani Carlo Raiano IIS Aldini Valeriani

dimensioni e forma Le dimensioni e la forma del resistore dipende dalla potenza che sono chiamati a dissipare Per basse potenze a grande linee vale le indicazioni riportate in tabella Carlo Raiano IIS aldini Valeriani Carlo Raiano IIS Aldini Valeriani

Resistori di elevata potenza In figura sono rappresentate alcune forme di resistori per elevata potenza Da notare che il resistore a filo di potenza senza dissipatore è in grado di dissipare metà potenza di quella in grado di dissipare con il dissipatore Carlo Raiano IIS aldini Valeriani Carlo Raiano IIS Aldini Valeriani

Altri resistori Resistenze SMD (Surface Mounting Device) o SMT ( Surface Mount Techonology) Resistenze SMD (Surface Mounting Device) o SMT ( Surface Mount Techonology) Sono realizzati in tecnologia a film spesso sono di piccola potenza e di dimensioni contenute La tecnologia SMT consiste nel saldare il componente direttamente sui pad del PCB invece di inserirlo in appositi fori di passaggio (THT – Throug Hole Technology). Consente di risparmiare spazio e costi rispetto alla tecnologia THT Il pitch tra i pin passa da 2.54mm a 1.27mm e anche sotto 1.27mm Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Reti resistive SIL Single in Line Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Reti resistive DIL (DIP) Dual in Line Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Chip 0603 o indicano le dimensioni del contenitore secondo lo standard nome usato contenitore = dim. in pollici (lunghezza x larghezza) = dim. in mm "01005" = 0,016" × 0,008" = 0,4 mm × 0,2 mm "0201" = 0,024" × 0,012" = 0,6 mm × 0,3 mm "0402" = 0,04" × 0,02" = 1,0 mm × 0,5 mm "0603" = 0,063" × 0,031" = 1,6 mm × 0,8 mm "0805" = 0,08" × 0,05" = 2,0 mm × 1,25 mm "1206" = 0,126" × 0,063" = 3,2 mm × 1,6 mm "1210" = 0,12" x 0,10" = 3,2 mm x 2,5 mm "1812" = 0,18" × 0,12" = 4,6 mm × 3,0 mm "2010" = 0,20" x 0,10" = 5,0 mm x 2,5 mm "2512" = 0,25" × 0,12" = 6,3 mm × 3,0 mm Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

In generale la codifica di resistori SMD con precisione 5% è indicato con tre cifre le prime due indicano le “cifre significative” la terza il moltiplicatore 10terza cifra Esempi Per resistenze il cui valore resistivo è inferiore a 10 si usa la seguente codifica Per resistori SMD con precisione inferiore al 5% per la codifica si usano quattro cifre le prime tre indicano le “cifre significative” la quarta il moltiplicatore 10quarta cifra Esempi Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Resistori variabili I resistori variabili si dividono in due categorie a) Resistori in cui il valore resistivo viene modificato da un’azione meccanica (movimento lineare o rotazione) b) Resistori in cui il valore dipende da una grandezza fisica ( temperatura -> termo resistenza, intensità luminosa -> foto resistenze; campo magnetico -> magneto resistenze ) I resistori variabili meccanici sono costituiti da un elemento resistivo fisso su cui è libero di scorrere un contatto mobile I resistori variabili meccanici si dividono in TRIMMER e POTENZIOMETRI Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Trimmer Sono resistori variabili usati per la taratura di un circuito elettronico non accessibile dall’utente finale e generalmente sono usati per limitare una corrente Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Potenziometro Sono resistori variabili accessibili all’utente, la cui variazione si riverbera sul comportamento macroscopico del’apparecchiatura Esempio manopola volume dispositivo audio, pannelli di controllo Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

I valori resistivi sui potenziometri sono riportati in chiaro, 10K 15K ecc Il valore resistivo è seguito da una lettera che definisce la legge di variazione tra la tensione prelevata sui terminali del potenziometro e l’angolo di rotazione B ->scala logaritmica es 10k B A ->scala lineare es. 10k A E(BR) ->scala esponenziale es 10k E o 10k BR In figura sono rappresentati i legami tra la resistenza e l’angolo di rotazione di un potenziometro affinché la tensione in funzione dell’angolo di rotazione sia lineare, logaritmico o esponenziale Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Potenziometro digitale Sono potenziometri in cui il valore resistivo dipende da una parola scritta nella sua memoria interna DataSheet MCP Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Un po’ di relax esercizi Si desidera realizzare una resistenza di 1 Ω con un fili di costantana (ρ = Ω m) di sezione 0,5 mm2 . Determinare la lunghezza del conduttore. Soluzione: R = ρ l/S ⇒ l = R S/ ρ = 1 0, / = 1 m Un conduttore di Ni (α = [°C]-1) ha resistenza 15 Ω a 20 °C. A quale temperatura T1 il valore ohmico sarà R1 = 14 Ω? A quale temperatura T2 il valore ohmico sarà R2 = 15,5 Ω? Soluzione: il coefficiente di temperatura α = ΔR/R0 1/ΔT = (R - R0)/ R0 1/(T –T0) da cui si ricava T = (R - R0 )/ α R0 + T0 T1 = (R1- R0 )/ α R0 + T0 = (14 – 15)/(6 10-3) = 8,9 °C T2 = (R2- R0 )/ α R0 + T0 = (15,5 – 15)/(6 10-3) = 25,5 °C Determinare la resistività di un conduttore di lunghezza l = 50 m, sezione S = 0,2 mm2 percorso da una corrente I = 330 mA se alimentato con una tensione V = 1,5 V. Soluzione: R = ρ l/S ⇒ ρ= R S/ l Ma R = V/I = 1,5/ = 4,5 Ω Quindi ρ = 4,5 0,2/50 = 0,018 Ω mm2/m Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Determinare la resistenza di un cavo in rame avente sezione S =1,5mm2 lungo 19,6km. Calcolare inoltre la lunghezza a parità di sezione e la sezione a parità di lunghezza che deve avere un cavo di allumino affinché presenti la stessa resistenza di quello di rame. Soluzione Soluzione relativo al conduttore di alluminio 1^ Caso Rcu =RAl Scu = SAl lAl = ? 2^ Caso Rcu =RAl lcu = lAl SAl = ? Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Parametri di un resistore
I principali parametri di un resistore sono Potenza nominale valore nominale Tolleranza Max tensione di lavoro Altri parametri di importanza secondaria sono Coefficiente di temperatura Coefficiente di tensione Coefficiente di tensione Stabilità Rumore Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Parametri di un resistore valore nominale è il valore dichiarato dal costruttore per il componente a temperatura ambiente, è il valore a cui far riferimento per i calcoli di progetto. I valori nominali sono standard ed espresse secondo serie di valori. Tolleranza indica lo scostamento massimo del valore effettivo rispetto al suo valore nominale espresso in % in definitiva rappresenta l'errore relativo della resistenza in esame. La tolleranza di un resistore può variare dal 20% allo 0,1% In base ai valori nominali e alla tolleranza, i valori resistivi vengono raggruppati in serie di valori normalizzati indicati con E6 - E12 - E24 -E48 - E96- E192 il numero che segue la lettera E indica il numero di valori nominali esistenti in una decade Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

il valore nominale per resistori di bassa potenza ed in tecnologia a filo e a strato sono codificati mediante un codice colore Il codice a colori di un resistore consiste di un certo numero di bande colorate (da quattro a sei) stampate sul componente che definiscono : il valore nominale la tolleranza ed eventualmente, se è presente, il coefficiente di temperatura. Codifica a 4 bande Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Codifica a 5 bande Codifica a 6 bande Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Codice alfanumerico IEC Per resistenze di media ed alta potenza, che presentano una superficie ampia, il valore nominale è codificato da un codice alfanumerico Il codice è costituito da cifre(2 o 3) che definiscono le cifre significative del valore nominale e da due lettere di cui la prima è il moltiplicatore e la seconda indica la tolleranza. IEC ( International Elettrotecnical Committe) Organo a livello internazionale che stabili - sce le normative nel settore dell'elettrotecnica ed elettronica). Per l'Italia le normative nel settore elettrico ed elettronico sono stabilite dal CEI ( Comitato Elettrotecnico Italiano) che fa riferimento all' IEC. Il CEI è diviso in tanti comitati per definire norme nei vari settori (materiali, tecniche costruttive, rappresentazione simbolica, sicurezza ecc.) Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Potenza nominale è la massima potenza che il componente è in grado di dissipare sotto forma di calore senza che la temperatura interna raggiunga valori limiti prefissati dal costruttore salvaguardando la sua funzionalità. Una resistenza attraversato da corrente genera una certa potenza (energia per unità di tempo) che può essere espresso dalle relazioni scritte di seguito tutte equivalenti tra loro. Nel resistore la potenza elettrica si manifesta come calore che se, non smaltita porta ad un innalzamento della temperatura interna del resistore. La temperatura interna deve superare il valore massimo prefissato dal costruttore La temperatura interna deve superare il valore massimo prefissato dal costruttore La condizione affinchè Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

Potenza nominale è la massima potenza che il componente è in grado di dissipare sotto forma di calore senza che la temperatura interna raggiunga valori limiti prefissati dal costruttore salvaguardando la sua funzionalità. Una resistenza attraversato da corrente genera una certa potenza (energia per unità di tempo) che può essere espresso dalle relazioni scritte di seguito tutte equivalenti tra loro. Coefficiente di tensione Stabilità Rumore Coefficiente di tensione Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

STABILITA' E' la deriva nel tempo del valore di resistenza dovuto all'invecchiamento, misurata ad esempio dopo 1000 ore di lavoro a piena potenza alla temperatura di 70 °C. Carlo Raiano IIS aldini Valeriani

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