Spiegazione del resistore lineare: una guida per principianti

Forse quando hai iniziato a studiare elettronica, ti sei chiesto anche: cos'è un resistore? In parole povere, un resistore è un componente elettronico utilizzato per impedire o limitare il flusso di corrente in un circuito. I resistori sono ovunque. Essi Si trovano negli elettrodomestici, negli smartphone, nelle macchine industriali, nei dispositivi elettronici per autoveicoli e persino nelle apparecchiature mediche. Sono componenti fondamentali per compiti di base come la regolazione della tensione, il controllo della corrente o il condizionamento del segnale. Finché un dispositivo svolge questa funzione, esiste.

Esistono molti tipi di resistori e ognuno ha la sua applicazione specifica. Negli schemi elettrici, i diversi resistori sono rappresentati anche dai rispettivi simboli di resistenza. Generalmente, i resistori possono essere classificati in due categorie principali: resistori lineari e resistori non lineari. Di seguito, questo articolo si concentrerà sui resistori lineari, includendo la loro definizione, le caratteristiche principali, i tipi più comuni e le differenze rispetto ai resistori non lineari. Scopriamo di più su di loro.

Cosa è un resistore lineare?

Come accennato in precedenza, i resistori lineari sono uno dei due principali tipi di resistori. All'interno del normale intervallo di funzionamento di un resistore lineare, la corrente e la tensione seguono rigorosamente la legge di Ohm V=I.×R (dove R è una costante). È chiamato resistore "lineare" perché il suo valore di resistenza R rimane costante al variare della tensione e della corrente. La sua curva caratteristica è una retta passante per l'origine, con pendenza 1/R, come mostrato nella figura seguente.

Nelle applicazioni pratiche, "lineare" indica che la resistenza istantanea (dinamica) dV/dI del dispositivo è coerente con la sua resistenza nominale entro l'intervallo operativo previsto.

Esempi numerici intuitivi (due valori di resistenza comuni):

Caratteristiche dei resistori lineari

Le straordinarie caratteristiche dei resistori lineari li rendono altamente affidabili nei circuiti elettronici. Di seguito sono elencate alcune caratteristiche chiave che spesso devono essere verificate in fase di progettazione:

1. Seguire la caratteristica di Ohm (comportamento lineare di Vi)

Significato: la tensione è direttamente proporzionale alla corrente. La curva caratteristica è una linea retta.

Impatto: rapporto di divisione della tensione prevedibile, rete di polarizzazione, progettazione del feedback dell'amplificatore operazionale.

2. Valore di resistenza costante

Significato: All'interno dell'intervallo di lavoro, la resistenza non dipende dalla tensione o dalla corrente.

Impatto: il punto di lavoro è stabile e la misurazione è ripetibile.

3. Precisione del valore di resistenza (tolleranza, ±0.1%, ±1%, ±5%, ecc.)

Significato: la deviazione ammissibile tra il valore nominale e il valore effettivo.

Impatto: la precisione della divisione di tensione e del guadagno dell'amplificatore. Per circuiti ad alta precisione, resistori di ≤Ne viene selezionato l'1%. Per i circuiti ordinari, è sufficiente il 5%.

4. Coefficiente di temperatura (TCR, ppm/°C)

Significato: il grado in cui la resistenza varia con la temperatura. I resistori a film metallico sono in genere ±50 ppm/°C, resistori a film di carbonio ±200-500 ppm/°C e i resistori a lamina possono essere bassi quanto ±5 ppm/°C.

Formula: ΔR=R₀×TCR×ΔT

Impatto: i circuiti di precisione richiedono resistori di deriva a bassa temperatura.

5. Potenza nominale (Watt, W)

Significato: la potenza massima che un resistore può consumare continuamente.

Vedi:  P=I²R=V²/R

Impatto: il sovraccarico può causare il surriscaldamento o addirittura il danneggiamento del resistore. Generalmente, si seleziona un margine di due volte.

6. Tensione nominale

Significato: la tensione continua massima che un resistore può sopportare.

Impatto: nelle applicazioni ad alta frequenza o ad alta resistenza, la tensione nominale è spesso più critica della potenza nominale.

7. Coefficiente di tensione

Significato: la misura in cui la resistenza varia con la tensione.

Impatto: i circuiti divisori di tensione ad alta precisione devono selezionare resistori a film/lamina metallica con VCR estremamente basso.

8. Modalità di guasto e affidabilità

Significato: potenza eccessiva, umidità, solfatazione, ecc. possono causare il guasto dei resistori.

Impatto: negli ambienti industriali, è opportuno scegliere resistori resistenti alla solfurazione, dotati di pellicola di ossido metallico o ben confezionati.

Tipi di resistori lineari

I resistori lineari possono essere suddivisi in due categorie principali: resistori fissi e resistori variabili. Entrambi i tipi di resistori seguono rigorosamente la legge di Ohm, ovvero i loro valori di resistenza rimangono costanti in qualsiasi impostazione. Un resistore fisso ha un valore di resistenza permanente. I resistori variabili consentono di regolare il valore di resistenza manualmente o elettronicamente. Ora, diamo un'occhiata più da vicino a come si dividono questi due tipi di resistori!

Resistori lineari fissi

Resistori lineari variabili

Confronto tra resistori lineari e non lineari

In precedenza, abbiamo già fornito un'introduzione dettagliata ai contenuti rilevanti sulla resistenza lineare. In parole povere, i resistori lineari seguono la legge di Ohm, che afferma che la tensione è direttamente proporzionale alla corrente. Successivamente, spiegheremo le differenze tra resistori non lineari e resistori lineari.

Innanzitutto, cos'è un resistore non lineare? A differenza dei resistori lineari, i resistori non lineari non seguono rigorosamente la legge di Ohm. I loro valori di resistenza variano in base alla tensione, alla corrente o alle condizioni ambientali come temperatura e luce. Le loro curve VI non sono una linea retta, come mostrato nella figura seguente:

Tra i resistori non lineari tipici rientrano termistori, fotoresistori (LDR), varistori, diodi, ecc. La funzione di questi componenti non è semplicemente quella di limitare la corrente, ma fornisce anche risposte dinamiche specifiche.

In sintesi, la differenza tra resistori lineari e non lineari può essere riflessa nei seguenti aspetti:

1. Curva caratteristica

Resistore lineare: La tensione e la corrente hanno una relazione lineare e la curva VI è una linea retta.

Resistore non lineare: La relazione tra tensione e corrente non è lineare e la curva VI è una curva o una linea retta a tratti.

2. Stabilità del valore di resistenza

Resistori lineari: Il valore della resistenza rimane costante e non cambia significativamente con le condizioni esterne.

Resistori non lineari: Il valore della resistenza varia in base alla tensione, alla corrente o all'ambiente.

3. Scenari applicativi

Resistori lineari: Adatto all'uso in circuiti che richiedono valori di resistenza stabili, come la limitazione della corrente, la distribuzione della tensione e la regolazione del segnale.

Resistori non lineari: Comunemente utilizzato in scenari quali protezione da sovratensione, rilevamento della temperatura e rilevamento della luce.

4. Simbolo del resistore

Entrambi sono rappresentati dal simbolo del resistore negli schemi elettrici, ma i componenti non lineari come diodi e termistori solitamente hanno simboli speciali per distinguerli.

Quando si scelgono diversi tipi di resistori in applicazioni pratiche, è necessario determinare quale resistore utilizzare in base alla funzione di resistore richiesta dal circuito. Se sono richieste prestazioni stabili e prevedibili, è consigliabile scegliere un resistore lineare. Se è necessario rispondere a variazioni di temperatura, luce e tensione, è consigliabile utilizzare un resistore non lineare. Ecco quindi una tabella riassuntiva comparativa.

Applicazioni dei resistori lineari

Essendo il componente passivo più fondamentale nella progettazione elettronica, l'applicazione dei resistori lineari è ovviamente molto ampia. Di seguito, elenchiamo alcuni tipici esempi di applicazione:

1. Divisione di tensione in un circuito

La funzione più comune di un resistore lineare è la divisione della tensione. Perché utilizzare i resistori lineari? Poiché il loro valore di resistenza rimane costante, è possibile prevedere il rapporto di uscita. Collegando una coppia o un gruppo di resistori lineari in serie, la tensione di ingresso può essere suddivisa in tensioni più piccole e più controllabili.

Ad esempio, nei circuiti analogici, i divisori di resistenza lineari vengono spesso utilizzati per ridurre il segnale del sensore e quindi inviarlo all'ADC (convertitore analogico-digitale).

2. Limitazione di corrente nelle applicazioni LED

Quando si pilota un LED, una corrente eccessiva può facilmente danneggiare il diodo. In questo caso, un resistore lineare collegato in serie può fungere da limitatore di corrente.

Ad esempio, il circuito della spia LED è sempre collegato in serie a un resistore lineare. Come mostrato nella figura seguente,

3. Bilanciamento del carico negli alimentatori

Nei circuiti di alimentazione, i resistori lineari vengono spesso utilizzati per bilanciare il carico tra più rami.

4. Condizionamento del segnale in un amplificatore

Nei sistemi audio e di comunicazione, i resistori lineari svolgono un ruolo fondamentale nella modellazione del segnale.

Conclusione

I resistori sono la base dell'elettronica. Essi sembra semplice, ma dal simbolo del resistore sullo schema elettrico alla scelta effettiva tra un resistore lineare e un resistore non lineare ogni decisione di progettazione nel circuito, tutti sono cruciali.

Comprendere chiaramente i diversi tipi di resistori è utile per progettare sistemi stabili e adattabili. In breve, padroneggiare l'applicazione dei resistori, lineari o non lineari, è la chiave per creare prodotti elettronici affidabili ed efficienti.

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