Resistor elèctric: què és i què fa? (Inclou exemples)

Camp: Electricitat bàsica

China

Què és un resistor elèctric?

Un resistor (també conegut com a resistor elèctric) es defineix com un element elèctric passiu de dos terminals que proporciona resistència elèctrica al flux de corrent. La resistència és una mesura de l'oportunitat al flux de corrent en un resistor. Quan més gran sigui la resistència d'un resistor, més gran serà la barrera contra el flux de corrent. Hi ha molts tipus diferents de resistors, com ara un termistor.

En un circuit elèctric i electrònic, la funció principal d'un resistor és "resistir" el flux d'electrons, és a dir, corrent elèctric. És per això que s'anomena "resistor".

Els resistors són elements elèctrics passius. Això significa que no poden aportar energia al circuit, sinó que reben energia i la dissipen en forma de calor mentre hi hagi corrent circulant.

Diferents resistors s'utilitzen en circuits elèctrics i electrònics per limitar el flux de corrent o produir caigudes de tensió. Els resistors estan disponibles en moltes valors de resistència, des de fraccions d'ohm (Ω) a milions d'ohms.

Segons la Llei d'Ohm, la tensió (V) a través d'un resistor és directament proporcional al corrent (I) que circula per ell. On la resistència R és la constant de proporcionalitat.

Què fa un resistor?

En un circuit elèctric i electrònic, es fan servir resistències per limitar i regular el flux de corrent, dividir tensions, ajustar nivells de senyal, polaritzar elements actius, etc.

Per exemple, moltes resistències connectades en sèrie es fan servir per limitar la corrent que passa a través del diod de llum emissora (LED). S'expliquen altres exemples a continuació.

Protecció contra pics de tensió

Un circuit atenuador és on una combinació en sèrie d'una resistència i un condensador estan connectats en paral·lel amb el tiristor utilitzat per suprimir l'increment ràpid de la tensió a través d'un tiristor. Això es coneix com un circuit atenuador utilitzat per protegir el tiristor contra altes $\frac{dv}{dt}$ .

Les resistències també es fan servir per protegir les llums LED contra els pics de tensió. Les llums LED són sensibles a la corrent elèctrica alta, i per tant, es deterioraran si no es fa servir una resistència per controlar el flux de corrent elèctrica a través de la LED.

Proporcionar la tensió adequada creant una caiguda de tensió

Cada element en un circuit elèctric, com una llum o un interruptor, requereix una tensió específica. Per això, es fan servir resistències per proporcionar la tensió adequada creant una caiguda de tensió a través dels elements.

En què es mesura la resistència elèctrica (unitats de resistor)?

La unitat del SI per a un resistor (la resistència elèctrica es mesura en) ohm i es representa com Ω. La unitat ohm (Ω) porta el nom en honor al gran físic i matemàtic alemany Georg Simon Ohm.

En el sistema SI, un ohm és igual a 1 volt per amper. Així doncs,

$\begin{align*} 1\,\,Ohm = 1 \frac{Volt}{Ampere} \end{align*}$

Per tant, el resistor també es mesura en volts per amper.

Els resistors es fabricen i especificen en una ampla gamma de valors. Per tant, les unitats derivades dels resistors es fan segons els seus valors, com ara miliohm (1 mΩ = 10-3 Ω), kiloohm (1 kΩ = 103 Ω) i megaohm (1 MΩ = 106 Ω), etc.

Símbol de circuit del resistor elèctric

Hi ha dos símbols de circuit principals utilitzats per als resistors elèctrics. El símbol més comú per a un resistor és una línia zig-zag que s'utilitza àmpliament a Amèrica del Nord.

L'altre símbol de circuit per a un resistor és un petit rectangle que s'utilitza àmpliament a Europa i Àsia, i aquest es denomina símbol internacional del resistor.

El símbol de circuit dels resistors es mostra en la imatge a continuació.

Captura de pantalla d'empresa WeChat_1710134355893.png — Símbol de resistència

Captura de pantalla d'empresa WeChat_1710134362141.png — Símbol de resistència

Resistències en sèrie i en paral·lel

Fórmula de les resistències en sèrie

El circuit següent mostra un nombre de resistències n connectades en sèrie.

Si dues o més resistències estan connectades en sèrie, llavors la resistència equivalent de les resistències connectades en sèrie és igual a la suma de les seves resistències individuals.

Matemàticament, això es expressa com

$\begin{align*} R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} R_n \end{align*}$

En una connexió en sèrie, la corrent que passa a través de cada resistor individual es manté constant (és a dir, la corrent a través de cada resistor és la mateixa).

Exemple

Com es mostra al circuit següent, tres resistors, 5 Ω, 10 Ω i 15 Ω, estan connectats en sèrie. Trobeu la resistència equivalent dels resistors connectats en sèrie.

Solució:

Dades donades: $R_1 = 5 \,\,\Omega, R_2 = 10 \,\,\Omega$ i $\,\,R_3 = 15 \,\,\Omega$

Segons la fórmula,

$\begin{align*} \begin{split} & R_e_q_. = R_1 + R_2 + ........ + R_n \\ & = 5 + 10 + 15 \\ & R_e_q_.= 30\,\,\Omega \end{split} \end{align*}$

Així, obtenim que la resistència equivalent de les resistències connectades en sèrie és de 30 Ω.

(noteu que el diagrama de circuit anterior diu 25 Ω. Aquest és un error tipogràfic, la resposta correcta és 30 Ω)

Fórmula de resistències en paral·lel

El circuit següent mostra un nombre de resistències n connectades en paral·lel.

Si dues o més resistències estan connectades en paral·lel, llavors la resistència equivalent de les resistències connectades en paral·lel és igual al recíproc de la suma dels recíprocos de les resistències individuals.

Matemàticament, això es expressa com

$\begin{align*} \frac{1}{R_e_q_.} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ........ + \frac{1}{R_n} \end{align*}$

$\begin{align*} R_e_q_. = \sum_{i=1}^{n} \frac{1}{R_n} \end{align*}$

En una connexió en paral·lel, la tensió que passa a través de cada resistor individual es manté constant (és a dir, la tensió a través de cada resistor és la mateixa).

Circuits de resistors (aplicacions d'exemple)

Resistor limitador de corrent per LED

Limitar la corrent és molt important en un LED. Si hi ha massa corrent passant a través d'un LED, aquest es deteriorarà. Per tant, s'utilitza un resistor limitador de corrent per limitar o reduir la corrent cap al LED.

Els resistors limitadors de corrent es connecten en sèrie amb un LED per limitar la corrent que passa a través del LED a un valor segur. Per exemple, com es mostra a la imatge de sota, el resistor limitador de corrent està connectat en sèrie amb el LED.

Circuit de resistor limitador de corrent per LED

Calculeu el valor necessari del resistor limitador de corrent

Mentrestant, en calcular el valor d'un resistor limitador de corrent, cal saber tres especificacions o valors característics del LED:

Tensió directa del LED (de la fulla de dades)
Corrent directa màxima del LED (de la fulla de dades)
VS = tensió d'alimentació

La tensió directa és la tensió necessària per encendre un LED, i sol estar entre 1,7 V i 3,4 V, depenent del color de les llums del LED. La corrent directa màxima és la corrent contínua que passa a través del LED, i sol ser al voltant de 20 mA per LEDs bàsics.

Ara, podem calcular el valor necessari de la resistència limitadora de corrent utilitzant la següent equació,

$\begin{align*} R = \frac{V_S - V_F}{I_F} \end{align*}$

On, $V_S$ = Tensió d'alimentació

$V_F$ = Tensió en avant

$I_F$ = corrent màxim en avant

Veurem un exemple de càlcul del valor necessari de la resistència limitadora de corrent utilitzant la fórmula anterior.

Resistències de tirada

Les resistències de tirada són resistències utilitzades en circuits lògics electrònics per assegurar un estat conegut per a una senyal.

Els circuits integrats moderns, els microcontroladors i les portes lògiques digitals tenen moltes entrades i sortides, i aquestes entrades i sortides necessiten ser configurades correctament. Per tant, es fan servir resistències de tirada per assegurar que l'entrada del microcontrolador o de la porta lògica digital estigui polaritzada a un estat conegut.

Les resistències de tirada s'utilitzen en combinació amb transistors, interruptors, botons, etc., que interrompen la connexió física de components subsequents a terra o VCC. Per exemple, el circuit de la resistència de tirada es mostra a la imatge següent.

企业微信截图_17101346272890.png — Circuit de la Resistència de Tirada

企业微信截图_17101346341956.png — Circuit de la Resistència de Tirada

Com es mostra, quan l'interruptor està tancat, la tensió d'entrada (Vin) al microcontrolador o porta va a terra, i quan l'interruptor està obert, la tensió d'entrada (Vin) al microcontrolador o porta és tirada cap al nivell de la tensió d'entrada (Vin).

Per tant, la resistència de tirada pot polaritzar la entrada del microcontrolador o porta quan l'interruptor està obert. Sense una resistència de tirada, les entrades al microcontrolador o porta estarien flotant, és a dir, en un estat d'alta impedància.

Un valor típic de la resistència de tirada és de 4,7 kΩ, però pot variar depenent de l'aplicació.

Pèrdua de Tensió a Través d'una Resistència

La pèrdua de tensió a través d'una resistència no és res més que el valor de la tensió a través de la resistència. La pèrdua de tensió també es coneix com a caiguda IR.

Com sabem, una resistència és un element elèctric passiu que proporciona resistència elèctrica al flux de corrent. Així, segons la llei d'Ohm, crearà una pèrdua de tensió quan la corrent passi a través de la resistència.

Matemàticament, la caiguda de tensió a través d'una resistència es pot expressar com,

$\begin{align*} V (Voltage \,\, Drop) = I * R \end{align*}$

Signe per a les caigudes IR (caigudes de tensió)

Per determinar el signe de les caigudes de tensió a través d'una resistència, és molt important la direcció de la corrent.

Considerem una resistència de resistència R en la qual la corrent (I) flueix del punt A al punt B, tal com es mostra a la imatge següent.

Per tant, el punt A està a un potencial més alt que el punt B. Si anem del punt A al punt B, V = I R negatiu, és a dir, -I R (és a dir, caiguda de potencial). De manera similar, si anem del punt B al punt A, V = I R positiu, és a dir, +I R (és a dir, augment de potencial).

Per tant, és clar que el signe de la caiguda de tensió a través d'una resistència depèn de la direcció de la corrent a través d'aquesta resistència.

Còdigs de color de les resistències

Els còdigs de color de les resistències s'utilitzen per identificar el valor de resistència i el percentatge de tolerància de qualsevol resistència. Els còdigs de color de les resistències utilitzen bandes de colors per identificar-los.

Com es mostra a la figura següent, hi ha quatre bandes de color imprès sobre la resistència. Tres de les bandes estan imprèses una al costat de l'altra, i la quarta banda està imprès més lluny de la tercera banda.

4 band resistor color code — Codi de color de 4 bandes de la resistència

Les dues primeres bandes a l'esquerra indiquen les xifres significatives, la tercera banda indica el multiplicador decimal i la quarta banda indica la tolerància.

5 band resistor code — Codi de colors de resistors de 5 bandes

La taula següent mostra les xifres significatives, el multiplicador decimal i la tolerància per a diferents codificacions de colors de resistors.

Punts clau:

La banda d'or i d'argent es col·loca sempre a la dreta.
El valor del resistor s'ha de llegir sempre de l'esquerra a la dreta.
Si no hi ha cap banda de tolerància, troba el costat amb una banda propera a un terminal i considera aquesta com la primera banda.

Exemple (Com calcular el valor d'un resistor?)

Com es mostra en la imatge següent, un resistor amb codificació de colors de carboni té la primera anella de color verd, la segona de color blau, la tercera de color vermell i la quarta de color d'or. Troba les especificacions del resistor.

Solució:

Segons la taula de codificació de colors de resistors,

Verd	Blau	Vermell	Daurat
5	6	102	${\pm 5}{\%}$

$\begin{align} R = 56 10^2 \Omega \SI{\pm 5}{\%} \,\, \end{align*}$

Així, el valor de la resistència és $5600\,\,\Omega$ amb ${\pm 5}{\%}$ tolerància.

Per tant, el valor de la resistència està entre

$5600 + 5 \% = 5600 + 280 = 5880 \,\,\Omega$

$5600 - 5 \% = 5600 - 280 = 5320 \,\,\Omega$

Per tant, el valor de la resistència està entre $5880\,\,\Omega$ i $5320\,\,\Omega$ .

Codificació de caràcters o lletres (còdi RKM)

Algunes vegades, els resistors poden ser tan petits que la codificació per colors és difícil d'aplicar. En aquests casos, es fa servir una codificació de caràcters o lletres per especificar els resistors. Això també s'anomena còdi RKM.

Els caràcters utilitzats per codificar resistors són R, K i M. Quan hi ha un caràcter entre dos nombres decimals, actua com a punt decimal. Per exemple, el caràcter R indica Ohms, K indica Kiloohms, i M indica Megaohms. Veurem alguns exemples d'això.

Resistència	Codi de lletra
0,3 Ω	R3
0,47 Ω	R47
1 Ω	1R0
1 KΩ	1K
4,7 KΩ	4K7
22,3 MΩ	22M3
9,7 MΩ	9M7
2 MΩ	2M

Exemple – Codi de lletra o dígit

La tolerància es indica com

Caràcter	Tolerància
F	${\pm 1}{\%}$
G	${\pm 2}{\%}$
J	${\pm 5}{\%}$
K	${\pm 10}{\%}$
M	${\pm 20}{\%}$

Exemple – Resistència amb codi de lletres:

Tipus de resistors

Hi ha diversos tipus de resistors, cadascun amb les seves propietats úniques i casos d'ús específics.

Hi ha dos tipus bàsics de resistors disponibles: resistors fixos i resistors variables. Tots dos tipus es llisten a continuació.

Resistors Fixos

Els resistors fixos són el tipus més utilitzat de resistor. Es fan servir ampliament en circuits electrònics per ajustar i regular les condicions adequades en un circuit. Els tipus de resistors fixos es llisten a continuació.

Resistors de composició de carboni (Resistors de carboni)
Resistors de pila de carboni
Resistors de pel·lícula de carboni
Termistor (Resistor tèrmic)
Resistors enrolats amb fil
Resistors de muntatge superficial
Resistors de pel·lícula metàlica
Resistors de pel·lícula d'òxid metàlic
Resistors de pel·lícula gruixuda
Resistors de pel·lícula fina
Resistors de full
Resistors de carboni impressos
Resistors de derivació d'ampermetre (Resistors de detecció de corrent)
Resistors de graella

Resistors Variables

Els resistors variables consisteixen en un o més elements de resistor fix i un cursor. Aquests proporcionen tres connexions a l'element; dues estan connectades a l'element de resistor fix, i la tercera és el cursor. Desplaçant el cursor a diferents terminals, podem variar el valor de la resistència.

Els tipus de resistors variables es llisten a continuació.

Resistències ajustables
Potenciòmetres
Resistències variables (reòstat)
Caixa de dècades de resistència (caixa de substitució de resistències)
Vàristors (resistència no lineal)
Resistència dependent de la llum (LDR) o fotoresistor
Trimmers

Altres varietats especials de resistències inclouen:

Resistència d'aigua (reòstat d'aigua, reòstat líquid)
Resistència de balastratge
Resistència de compósit fenòlic moulada
Resistències cermet
Resistències de tàntal

Mides de resistències (valors de resistència més comuns)

Les mides de les resistències estan organitzades en una sèrie de diferents valors estàndard de resistència. El 1952, la Comissió Electrotècnica Internacional va decidir determinar els valors estàndard de resistència i tolerància per augmentar la compatibilitat entre components i facilitar la fabricació de resistències.

Aquests valors estàndard es coneixen com a sèries E dels valors preferits de l'IEC 60063. Aquestes sèries E es classifiquen com a E12, E24, E48, E96 i E192, amb 12, 24, 48, 96 i 192 valors diferents dins de cada dècada.

Els valors de resistència més comuns es llisten a continuació. Són els valors estàndard de resistència E3, E6, E12 i E24.

Sèrie de resistències estàndard E3:

La sèrie de resistències E3 són els valors de resistència més comuns utilitzats a l'indústria electrònica.

1,0

2,2

4,7

Sèrie de resistors estàndard E6:

La sèrie de resistors E3 també és molt utilitzada, i proporciona una àmplia gamma de valors de resistors comuns.

1,0	1,5	2,2
3,3	4,7	6,8

Sèrie de resistors estàndard E12:

1,0	1,2	1,5
1,8	2,2	2,7
3,3	3,9	4,7
5,6	6,8	8,2

Sèrie de resistors estàndard E24:

1.0	1.1	1.2
1.3	1.5	1.6
1.8	2.0	2.2
2.4	2.7	3.0
3.3	3.6	3.9
4.3	4.7	5.1
5.6	6.2	6.8
7.5	8.2	9.1

La tolerància dels resistors es especifica generalment ${\pm 20}{\%}$ , ${\pm 10}{\%}$ , ${\pm 5}{\%}$ , ${\pm 2}{\%}$ , i ${\pm 1}{\%}$ .

De què està fet un resistor?

Depenent de l'aplicació, hi ha una varietat de materials utilitzats per fabricar resistors.

Els resistors es fan de carboni o cobre, fent difícil que la corrent elèctrica travessi el circuit.
El tipus més comú i de propòsit general és el resistor de carboni, que és el més adequat en circuits electrònics de baixa potència.
Les lligatures de mangani i constantan s'utilitzen per fabricar resistors de fil envoltat estàndard, ja que tenen una alta resistivitat i un coeficient de temperatura de resistència baix.
La fulla i el fil de manganes s'utilitzen per fabricar resistors com ara ampermetre shunts, ja que el manganes té gairebé zero coeficient de temperatura de la resistència.
L'aleació de Níquel-Cobre-Manganes s'utilitza per fabricar resistors estàndard; resistors enrolats, resistors enrolats de precisió, etc. Aquesta aleació té una composició: Níquel = 4%; Cobre = 84%; Manganes = 12%.

Quins són els usos comuns del resistor (Aplicacions del resistor)

Alguns de les aplicacions del resistor inclouen:

Els resistors s'utilitzen en amplificadors, oscil·ladors, multímetre digital, moduladors, demoduladors, transmisors, etc.
Fotoresistors s'utilitzen en alarms d'intrusió, detectors de flama, dispositius fotogràfics, etc.
Els resistors enrolats s'utilitzen en shunt amb ampermetres on es requereix sensibilitat alta, control equilibrat de la corrent i mesura precisa.