Resistori

• Chi l'ha scoperto?
• Che cos'è un resistore?
• Comportamento al rumore dei resistori
• Capacità di carico e perdita di potenza dei resistori
• Comportamento all'invecchiamento e alla stabilità

Già i primi sperimentatori dei "tempi primordiali" dell'elettrotecnica sapevano che nei loro esperimenti era sempre presente un certo "fattore" che limitava "l'effetto dell'elettricità che scorre", ma non era possibile misurare esattamente nessuna delle importanti grandezze elettriche (oggi chiamate "corrente elettrica", "tensione elettrica") e comprendere questa relazione in modo definitivo. Fu Georg Simon Ohm (1789-1854) a sviluppare una teoria fondamentale dalle sue ricerche sull'elettricità, le cui formule sono ancora oggi ampiamente utilizzate. Ora sono state gettate le basi per comprendere le relazioni tra queste grandezze: La resistenza è semplicemente il rapporto tra tensione e corrente. Finalmente era possibile calcolare i valori di resistenza e produrre componenti con valori di resistenza definiti. Ciò ha portato a un numero incredibilmente elevato di progetti di resistenze basati su varie tecnologie di resistenze.

In senso fondamentale, la resistenza elettrica è una grandezza che descrive la corrente che un materiale portatore di corrente consente ad una determinata tensione. La ragione fisica di questo effetto può essere spiegata in questo modo: I portatori di carica liberi (elettroni) non possono essere accelerati liberamente nel conduttore a causa dell'impatto con gli atomi. La parola resistore deriva dal latino "resistere", che descrive abbastanza bene l'effetto fisico.
Il valore del resistore è espresso in Ohm (Ω), il simbolo del circuito è un "rettangolo vuoto" secondo la norma EN60617 o ha la forma di uno zigzag secondo la norma ANSI.

Una resistenza elettrica, intesa come componente elettronico, viene utilizzata per limitare, misurare, dividere correnti elettriche e molto altro ancora. In linea di principio, il materiale utilizzato, così come lo spessore e la lunghezza dell'elemento di resistenza determinano il flusso di corrente per tutti i resistori. La resistenza elettrica più semplice può quindi essere un pezzo di filo, anche se il suo valore di resistenza è trascurabile e di solito può essere trascurato nel calcolo di un circuito.
Il valore della resistenza di un conduttore elettrico si determina dividendo la tensione elettrica per la corrente:

R = U / I (R...resistenza; U...tensione; I...corrente)

Idealmente il valore della resistenza è costante. Quindi non cambia il suo valore a seconda della corrente o della tensione applicata:

R = U / I = const.

In questo caso si parla di resistenza "ohmica" e la relazione è nota come legge di Ohm. Nella pratica, questo dato viene solitamente dato per scontato quando si calcolano i circuiti.

Le fonti di rumore nel funzionamento dei resistori sono fondamentalmente di due tipi:

• rumore termico e
• rumore di corrente

A differenza del rumore bianco, il rumore di corrente si verifica solo quando una tensione viene effettivamente applicata a un resistore. La corrente che scorre nell'elemento (la corrente desiderata) viene sovrapposta al rumore di corrente. La causa dell'effetto, tuttavia, risiede proprio nella corrente desiderata, per cui vi è una dipendenza dal valore della corrente desiderata stessa. In questo caso il comportamento dell'elemento dipende molto dal materiale del resistore utilizzato. L'unità di misura del rumore di corrente è solitamente specificata in µV/V (in genere come valore massimo). Ciò significa che questo valore può essere semplicemente moltiplicato per la tensione, ottenendo il livello di rumore (massimo) che ci si può aspettare. I valori dipendono dal valore della resistenza stessa e di solito aumentano con valori di resistenza più elevati.

I resistori generano perdite di potenza convertendo l'energia elettrica in energia termica. Questo calore deve essere dissipato in modo che il componente non si surriscaldi. Le temperature massime sono specificate nelle schede tecniche. Per i modelli più sofisticati, è possibile trovare grafici che mostrano la dipendenza della potenza massima dalla temperatura, la curva di declassamento della potenza. Se si supera la temperatura massima consentita, il componente si danneggia e può guastarsi completamente oppure le sue proprietà possono deteriorarsi o modificarsi. Per i resistori che possono assorbire una potenza particolarmente elevata, la scheda tecnica contiene informazioni su come deve essere effettuata la dissipazione del calore. In alcuni casi esistono dissipatori di calore che richiedono non solo la convezione e l'irraggiamento, ma anche la dissipazione del calore attraverso il contatto con un dissipatore più grande. A seconda della situazione di installazione, le specifiche possono differire o le raccomandazioni di installazione possono essere menzionate per le diverse situazioni. La perdita di potenza dei resistori, cioè la potenza che viene convertita in calore, si calcola per la corrente continua con

P (potenza) = U (tensione) *I (corrente).

Per la corrente alternata, si utilizzano i valori RMS di corrente e tensione. Si raccomanda espressamente di non avvicinarsi troppo ai limiti di prestazione specificati quando si seleziona il componente. Un resistore azionato al limite si surriscalda e quindi riscalda anche l'ambiente, con effetti collaterali sugli altri componenti. Questi effetti collaterali possono portare al fatto che un circuito progettato con precisione con componenti di alta qualità può perdere l'intero vantaggio della precisione a causa di questi effetti di calore, il che porta il progetto ad absurdum. Inoltre, non si hanno praticamente riserve nel caso in cui qualcosa vada "storto" e il carico diventi superiore a quello calcolato inizialmente. A volte può essere utile collegare due resistenze di potenza in parallelo per evitare l'uso di un'unica resistenza più potente e solitamente più costosa. Se nelle schede tecniche la temperatura è riferita all'aria ambiente, si dovrebbe usare come riferimento la temperatura che scorre effettivamente intorno al componente (idealmente l'aria di raffreddamento) invece della temperatura ambiente intorno al dispositivo. In questo caso il valore può essere molto più alto. Se tuttavia è necessario soddisfare l'esigenza di prestazioni più elevate, esistono modelli che possono essere d'aiuto: Alcuni modelli di resistenze consentono il funzionamento a impulsi con un carico molto più elevato per un breve periodo di tempo. Vedere la guida alle resistenze di potenza.

Fondamentalmente, i resistori elettrici cambiano il loro valore di resistenza nel corso della loro vita senza influenze esterne. In questo caso, soprattutto all'inizio della durata di vita, possono verificarsi cambiamenti più marcati rispetto al funzionamento successivo. Pertanto, è ovvio invecchiare artificialmente il resistore con un processo accelerato in caso di particolari requisiti di stabilità. Il termine "stabilità" è generalmente utilizzato in questo contesto. Nel caso dei resistori di precisione, le schede tecniche contengono solitamente grafici che mostrano la variazione della resistenza a potenza costante (specificata) in funzione del valore della resistenza e del tempo di funzionamento.

I resistori cambiano il loro valore al variare della temperatura. Questa dipendenza del valore totale dalla temperatura dipende fortemente dal design e dal materiale utilizzato. Inoltre, il funzionamento del resistore stesso genera calore. Per ridurre al minimo questo effetto, è necessario garantire una ventilazione sufficiente. Inoltre, si raccomanda di non far funzionare i componenti in prossimità della potenza massima dissipabile, perché in questo caso è prevedibile una forte generazione di calore da parte del componente stesso.