Che cos’è una resistenza e come funziona? In che tipo di circuiti elettronici viene impiegato questo prezioso componente?
Bentornato (o benvenuto se per te è la prima volta) nella mia scuola di automazione industriale.
Oggi voglio parlarvi delle resistenze, dato che come credo molti di noi già sappiano, alla base dell’automazione industriale ci sono le apparecchiature elettroniche, e senza le resistenze l’elettronica non esisterebbe.
In questa lezione scopriamo com’è fatta la resistenza elettrica, come funziona, e dove viene utilizzata nei circuiti elettronici.
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Ecco gli argomenti di questa lezione:
Cosa significa resistenza.
Com’è costruita la resistenza.
Come funziona la resistenza elettronica.
Resistenze elettriche in serie e in parallelo.
Utilizzo della resistenza come partitore di tensione.
Identificazione delle resistenze mediante tabella dei colori e codici.
Lo sapevate che nella vostra lavatrice e nell’apparecchio che utilizzate per asciugarvi i capelli ci sono delle resistenze? E che queste siano presenti anche nel vostro computer e negli alimentatori delle apparecchiature di utilizzo quotidiano?
Che ci crediate o no, questo è probabilmente uno dei componenti elettronici più utilizzato nel mondo, insieme ai transistor, ai condensatori e alle induttanze.
Possiamo tranquillamente affermare che senza resistenze elettriche il mondo oggi sarebbe molto diverso.
Cosa significa resistenza.
La parola stessa lo dice, resistere, ovvero opporsi a qualcosa. La resistenza limita il flusso di elettroni nel circuito, lavorando in pratica come una “strozzatura”.
La resistenza è un piccolo componente elettronico, con due terminali, che si trova in una varietà di circuiti sconfinata; questo oggetto viene utilizzato principalmente per dividere la caduta di tensione nei circuiti (partitore), per limitare la corrente, e naturalmente per generare calore, ovvero trasformare l’energia elettrica in energia termica.
Com’è costruita la resistenza.
Per costruire le resistenze si impiegano diversi materiali, soprattutto carbonio, metallo, e pellicole con ossido di metallo.
Ci sono tanti tipi di resistenze, tra i quali troviamo quelle a impasto, a filo, a strato, e quelle magnetiche.
Ci sono poi resistenze con valore fisso e resistenze variabili (potenziometri), questi ultimi permettono di regolare la resistenza con dispositivi a singolo giro o multi giro.
Come funziona la resistenza elettronica.
Per come la resistenza è costruita, essa oppone resistenza al passaggio degli elettroni al suo interno, provocando da un lato una caduta di tensione (la resistenza rappresenta infatti un carico), e determinando dall’altro la corrente che circolerà nel circuito.
All’aumentare della resistenza, a parità di tensione, la corrente diminuisce; viceversa con resistenze di valore più piccolo, la corrente sarà maggiore.
L’unità di misura della resistenza è l’ ohm, nome ereditato da quello del fisico tedesco George Simon Ohm, il quale formulò la legge di Ohm; quest’unità di misura è adottata anche per la reattanza e per l’impedenza.
Ecco nella prossima figura quattro semplici circuiti con una resistenza; possiamo vedere come il valore di corrente cambi in base al valore della resistenza e della tensione.
Nelle figura sopra, in alto a sinistra abbiamo un generatore di corrente continua, in particolare una batteria che eroga una tensione di 10 volt. La resistenza vale 100 ohm, e con la legge di ohm possiamo calcolare la corrente, semplicemente con la formula I=V/R, per cui dividendo 10 per 100, otteniamo una corrente di 0,1A.
Oltre alla corrente, possiamo calcolare la potenza erogata dal circuito, che equivale alla tensione moltiplicata la corrente, quindi 10 * 0,1 = 1 Watt.
Tra le caratteristiche delle resistenze, oltre alla resistenza stessa c’è la potenza, ovvero la quantità di energia che viene trasformata, nel caso di questo componente, in energia termica.
Quando ci riferiamo alle resistenze nei circuiti elettronici lo facciamo focalizzandoci sempre sulla corrente e sulle cadute di tensioni (come nel caso dei partitori di tensione dei quali parleremo di seguito); se invece consideriamo le resistenze in altri ambiti, come negli elettrodomestici, è proprio la potenza quello che ci interessa.
Per esempio, un asciugacapelli da 1500W genera aria più calda di un apparecchio da 1000W; questo vale anche per le lavatrici, le lavastoviglie, gli scaldabagni elettrici e così via.
Chiaramente a potenza maggiore corrisponde consumo maggiore di elettricità.
Resistenze elettriche in serie.
Nei circuiti elettronici le resistenze possono trovarsi in serie, in parallelo, o in altre configurazioni più complesse; nella prossima immagine vediamo come funziona il calcolo della resistenza equivalente in un circuito in serie.
Calcolare la resistenza totale di un circuito con resistenze in serie è semplice, basta sommare i valore delle resistenze. Nell’esempio mostrato nella figura sopra, abbiamo una resistenza da 100 ohm e una da 50 ohm, la somma fa 150 ohm.
La corrente che circolerà nel circuito è di 10 / 150, quindi 0,067 A; la potenza sarà 0,67W.
Vediamo nella seguente immagine invece delle resistenze in parallelo. Il calcolo della resistenza equivalente varia a seconda del fatto di avere solo 2 resistenze o più di 2 resistenze collegate in questo modo.
Quando in un circuito abbiamo solo due resistenze in parallelo, la resistenza equivalente si calcola dividendo il prodotto dei due valori per la loro somma; nell’esempio Req=(100 * 100) / 200 = 50 ohm.
La corrente erogata sarà di 0,2 Ampere, e la potenza di 2 W.
Nell’esempio con tre resistenze invece il calcolo è diverso, e la formula è la stessa per qualsiasi numero di resistenze superiore a 2.
Nella figura vediamo che la resistenza equivalente calcolata è di 33 ohm, determinando così una corrente di 0,3 Ampere, ed erogando 3 W di potenza.
Dagli esempi visti, si capisce che le resistenze in serie determinano una resistenza maggiore, mentre le resistenze in parallelo riducono la resistenza equivalente.
Utilizzo della resistenza come partitore di tensione.
Tra gli utilizzi più frequenti della resistenza elettrica c’è il partitore di tensione, un circuito che permette di ottenere una caduta di tensione differente da quella di alimentazione; vediamo un esempio di partitore nella prossima immagine.
Cosa succede con un circuito partitore? Vediamo nella figura sopra che ai capi delle due resistenze in serie la caduta di tensione è esattamente quella fornita dall’alimentazione, tuttavia se misuriamo la caduta di potenziale ai capi della resistenza in basso, ecco che questa è diversa, ed è determinata dalla serie.
Senza scendere nei dettagli del calcolo matematico, si intuisce che la maggior parte della tensione cade ai capi della resistenza più grande, questa ha un valore doppio rispetto a quella più piccola.
Due terzi della tensione cadono sulla prima resistenza, mentre un terzo cade ai capi della seconda. Il “peso” della prima resistenza è del 66,6% del totale, mentre la resistenza piccola ha un “peso” del 33,33 percento.
Identificazione delle resistenze.
Le comuni resistenze si identificano mediante codici determinati da bande colorate poste sul corpo della resistenza stessa. Ecco nella prossima figura questi codici.
Nell’immagine sopra vediamo che sul corpo della resistenza ci sono diverse bande colorate, che possono essere 4, 5, oppure 6; in alto troviamo l’esempio di una resistenza a 6 bande.
Le resistenze si leggono sempre partendo da sinistra, e il colore della prima banda indica la prima cifra del valore della resistenza, poi la seconda banda la seconda cifra, e la terza la terza cifra; nell’esempio abbiamo rosso, viola e giallo, che significano 247.
Poi troviamo la banda col colore del moltiplicatore, nell’esempio 1 perché è nero, per cui la resistenza in effetti è da 247 ohm.
Più a destra abbiamo una banda rossa che indica la tolleranza del 2%, e il coefficiente di temperatura identificato dal colore nero, che significa 250 ppm/K.
L’esempio appena visto riguarda il caso più complesso, di resistenze di precisione che hanno sempre o 6 o 5 bande, e in quelle con 6 bande è indicato anche il coefficiente di temperatura.
Per le resistenze a 4 bande, le prime due bande a sinistra indicano sempre le due cifre del valore, e la terza il moltiplicatore; l’ultima banda a destra indica la tolleranza.