Che cos’è il resistore?

Il funzionamento dei dispositivi smart di uso quotidiano si basa su una grande varietà di componenti elettronici. Tra questi figurano elementi passivi – come resistori, condensatori e induttori – e componenti attivi, quali transistor e circuiti integrati, che hanno permesso la miniaturizzazione dell’elettronica di oggi. Un componente che ricopre un ruolo fondamentale nella maggior parte dei circuiti elettronici è il resistore.

Il resistore e la prima legge di Ohm

Il resistore – il cui simbolo elettrico è visibile in Figura 1 – è un componente elettronico passivo la cui funzione principale è quella di opporre una specifica resistenza al passaggio della corrente elettrica. Normalmente, la tensione (V) necessaria a far circolare la corrente (I) in un conduttore aumenta in modo proporzionale alla sua intensità; ed è proprio questo rapporto a definire la resistenza elettrica:

Questa equazione rappresenta una delle tre forme matematiche in cui può essere espressa la Prima Legge di Ohm. Al suo interno, il termine “R” indica la resistenza elettrica, la cui unità di misura è l’ohm (simbolo Ω).

La tolleranza dei componenti

Nessun componente elettronico è perfetto e i processi di produzione industriale introducono sempre un margine di variazione detto tolleranza che, espresso in percentuale, indica di quanto il valore reale e misurato possa discostarsi da quello nominale dichiarato. Durante la selezione di un resistore bisogna tenere a mente questo valore. Nei circuiti di uso generale è possibile impiegare un resistore con una tolleranza del 5%, ma in alcuni scenari come quello in cui è necessario interfacciarsi con convertitori analogico-digitali e sensori, è necessario utilizzare componenti con tolleranza pari all’1% che garantiscono misurazioni e comportamenti senza dubbio più stabili e prevedibili.

La potenza dissipata

Per garantire che il circuito funzioni in modo affidabile nel tempo, per la scelta del resistore, è fondamentale considerare anche la quantità di energia che il componente è in grado di gestire senza danneggiarsi.

Quando la corrente elettrica attraversa un mezzo che oppone resistenza, una parte dell’energia viene inevitabilmente convertita in calore. Questo fenomeno fisico prende il nome di Effetto Joule. Maggiore è la corrente che scorre nel resistore (o maggiore è la caduta di tensione ai suoi capi), maggiore sarà il calore generato.

La potenza elettrica dissipata sotto forma di calore si misura in watt (W) e può essere calcolata nel seguente modo:

Se il calore generato dall’Effetto Joule supera la capacità del componente di smaltirlo nell’ambiente circostante, il resistore si surriscalda fino a bruciarsi.

Dal foro passante all’SMD

Nell’elettronica moderna vengono impiegati principalmente due tipi di resistori: a foro passante o Through-Hole Technology (THT) e a montaggio superficiale o Surface-Mount Device (SMD). I primi sono ampiamente usati nei prototipi su breadboard, in applicazioni a bassa densità e ad alta potenza dove, grazie al loro volume fisico maggiore, sono in grado di dissipare meglio il calore generato. I secondi, invece, avendo dimensioni ridotte, sono adatti ad applicazioni a bassa potenza, alta densità e alta frequenza, come quelle in cui sono coinvolti i microcontrollori, dove un’induttanza troppo elevata potrebbe degradare il segnale sui bus dati. In Figura 2 e Figura 3 è possibile osservare esempi di resistori THT e SMD.

Identificare i valori dei resistori

Per determinare il valore di un resistore THT si ricorre alla lettura delle bande colorate stampate sul corpo del componente e all’utilizzo di un’apposita tabella di decodifica. Nei modelli più comuni a 4 bande, le prime due indicano le cifre, la terza il moltiplicatore e la quarta la tolleranza. Di seguito è riportata la tabella di riferimento per i calcoli:

Per i resistori SMD, invece, date le dimensioni estremamente ridotte, la lettura del valore avviene tramite un codice alfanumerico stampato al laser sul dorso del componente. La sua composizione e relativa codifica seguono generalmente tre standard principali: il sistema a 3 cifre e a 4 cifre e lo standard EIA-96.

Il sistema a 3 cifre è adottato per i resistori con una tolleranza pari al 5% e la decodifica avviene aggiungendo alle prime due cifre il numero di zeri espresso dall’ultima cifra detta moltiplicatore; fatta eccezione per i valori inferiori a 10Ω, dove viene utilizzata la R per indicare la posizione della virgola decimale (ad esempio, 4R7 equivale a 4,7 Ω).

Il sistema a 4 cifre viene utilizzato nei resistori di precisione con una tolleranza dell’1%. Quest’ultimo segue la stessa logica del sistema a 3 cifre, ma aggiunge un numero in più prima del moltiplicatore (Es. 1002 equivale a 10kΩ, mentre 10R0 equivale a 10Ω).

Lo standard EIA-96, nato come conseguenza dell’estrema miniaturizzazione dell’elettronica, prevede un codice formato da due numeri – compresi tra 01 e 96 – e una lettera. I primi rappresentano il codice del valore e la seconda è il codice del moltiplicatore. Entrambi devono essere cercati nell’apposita tabella per individuare il valore di resistenza corretto. Di seguito sono riportate le tabelle di riferimento per questo standard.

Combinare i resistori

Nei circuiti elettronici, spesso è necessario combinare più componenti per ottenere un valore di resistenza specifico non disponibile nei valori standard commerciali, oppure per distribuire tensioni e correnti all’interno di una rete. Le due configurazioni fondamentali per combinare questi componenti sono il collegamento in serie e quello in parallelo. Esempi di questi collegamenti possono essere osservati in Figura 4 e Figura 5.

Si parla di collegamento in serie quando i resistori sono connessi uno di seguito all’altro. In questa configurazione, la corrente elettrica che li attraversa è la stessa per tutti i componenti e la resistenza totale è equivale alla somma dei singoli valori:

Il collegamento in parallelo si ottiene quando i terminali dei resistori sono uniti agli stessi due nodi del circuito. In questo scenario, i componenti sono sottoposti alla stessa tensione, ma la corrente si divide nei vari rami disponibili. Collegare più resistori in parallelo fa diminuire la resistenza equivalente, poiché si offrono alla corrente più percorsi simultanei per fluire. Il valore totale sarà sempre rigorosamente inferiore al valore del resistore più piccolo presente nel gruppo. La formula generale per il calcolo è:

Per comodità operativa, quando si calcola il parallelo di due soli resistori, si ricorre quasi sempre a una formula semplificata, nota come “prodotto su somma”:

Il resistore non ha più segreti

Dalla Prima Legge di Ohm, alla decodifica delle bande colorate dei resistori THT, fino ai codici EIA-96 dei minuscoli resistori SMD, alla configurazione in serie e in parallelo dei resistori, ora avete tutti gli strumenti per selezionare e integrare correttamente questi componenti passivi nei vostri progetti.

Bibliografia

• G. Conte, M. Cesarani, E. Impallomeni: Corso di elettronica ed elettrotecnica vol. 1
• A. Caforio, A. Ferilli: Dentro la fisica vol. 2