Résistances
Parce que la relation entre la tension, le courant et la résistance dans n'importe quel circuit est si régulière, nous pouvons contrôler de manière fiable n'importe quelle variable d'un circuit en contrôlant simplement les deux autres. La variable la plus facile à contrôler dans n'importe quel circuit est peut-être sa résistance. Cela peut être fait en changeant le matériau, la taille et la forme de ses composants conducteurs (rappelez-vous comment le filament métallique mince d'une lampe a créé plus de résistance électrique qu'un fil épais ?).
Qu'est-ce qu'une résistance ?
Des composants spéciaux appelés résistances sont fabriqués dans le but exprès de créer une quantité précise de résistance à insérer dans un circuit. Ils sont généralement construits en fil métallique ou en carbone et conçus pour maintenir une valeur de résistance stable dans une large gamme de conditions environnementales.
Contrairement aux lampes, elles ne produisent pas de lumière, mais elles produisent de la chaleur car l'énergie électrique est dissipée par elles dans un circuit de travail. En règle générale, cependant, le but d'une résistance n'est pas de produire de la chaleur utilisable, mais simplement de fournir une quantité précise de résistance électrique.
Symboles et valeurs schématiques de la résistance
Le symbole schématique le plus courant pour une résistance est une ligne en zigzag :
Les valeurs de résistance en ohms sont généralement affichées sous la forme d'un nombre adjacent, et si plusieurs résistances sont présentes dans un circuit, elles seront étiquetées avec un numéro d'identification unique tel que R1 , R2 , R3 , etc. Comme vous pouvez le voir, les symboles de résistance peuvent être affichés horizontalement ou verticalement :
Les vraies résistances ne ressemblent en rien au symbole en zigzag. Au lieu de cela, ils ressemblent à de petits tubes ou cylindres avec deux fils saillants pour la connexion à un circuit. Voici un échantillon de différents types et tailles de résistances :
En accord avec leur apparence physique, un symbole schématique alternatif pour une résistance ressemble à une petite boîte rectangulaire :
On peut également montrer que les résistances ont des résistances variables plutôt que fixes. Cela peut être dans le but de décrire un dispositif physique réel conçu dans le but de fournir une résistance réglable, ou cela peut être pour montrer un composant qui se trouve avoir une résistance instable :
En fait, chaque fois que vous voyez un symbole de composant dessiné avec une flèche diagonale à travers, ce composant a une variable plutôt qu'une valeur fixe. Ce symbole « modificateur » (la flèche diagonale) est une convention de symbole électronique standard.
Résistances Variables
Les résistances variables doivent avoir des moyens physiques de réglage, soit un arbre rotatif ou un levier qui peut être déplacé pour faire varier la quantité de résistance électrique. Voici une photographie montrant quelques appareils appelés potentiomètres, qui peuvent être utilisés comme résistances variables :
Puissance nominale des résistances
Étant donné que les résistances dissipent l'énergie thermique lorsque les courants électriques qui les traversent surmontent le « frottement » de leur résistance, les résistances sont également évaluées en fonction de la quantité d'énergie thermique qu'elles peuvent dissiper sans surchauffer ni subir de dommages. Naturellement, cette puissance nominale est spécifiée dans l'unité physique de « watts ». La plupart des résistances trouvées dans les petits appareils électroniques tels que les radios portables sont évaluées à 1/4 (0,25) watt ou moins.
La puissance nominale de toute résistance est à peu près proportionnelle à sa taille physique. Notez sur la première photo de résistance comment les puissances nominales sont liées à la taille :plus la résistance est grande, plus sa puissance nominale de dissipation est élevée. Notez également que les résistances (en ohms) n'ont rien à voir avec la taille ! Bien qu'il puisse sembler inutile maintenant d'avoir un appareil ne faisant que résister au courant électrique, les résistances sont des appareils extrêmement utiles dans les circuits.
Parce qu'ils sont simples et si couramment utilisés dans le monde de l'électricité et de l'électronique, nous passerons un temps considérable à analyser des circuits composés uniquement de résistances et de batteries.
En quoi les résistances sont-elles utiles ?
Pour une illustration pratique de l'utilité des résistances, examinez la photo ci-dessous. Il s'agit d'une image d'une carte de circuit imprimé, ou PCB :un assemblage constitué de couches prises en sandwich de panneaux de fibres phénoliques isolants et de bandes de cuivre conductrices, dans lesquelles des composants peuvent être insérés et fixés par un procédé de soudage à basse température appelé « brasage ».
Les différents composants de ce circuit imprimé sont identifiés par des étiquettes imprimées. Les résistances sont désignées par n'importe quelle étiquette commençant par la lettre « R ».
Cette carte de circuit imprimé est un accessoire informatique appelé « modem », qui permet le transfert d'informations numériques sur les lignes téléphoniques. Il y a au moins une douzaine de résistances (toutes évaluées à 1/4 watt de dissipation de puissance) qui peuvent être vues sur la carte de ce modem. Chacun des rectangles noirs (appelés « circuits intégrés » ou « puces ») contient également son propre réseau de résistances pour leurs fonctions internes. Un autre exemple de carte de circuit imprimé montre des résistances emballées dans des unités encore plus petites, appelées « dispositifs à montage en surface ».
Cette carte de circuit imprimé est la face inférieure d'un disque dur d'ordinateur personnel, et encore une fois les résistances soudées dessus sont désignées par des étiquettes commençant par la lettre « R » :
Il y a plus d'une centaine de résistances à montage en surface sur cette carte de circuit imprimé, et ce nombre, bien sûr, n'inclut pas le nombre de résistances internes aux "puces" noires. Ces deux photographies devraient convaincre n'importe qui que les résistances - des dispositifs qui "simplement" s'opposent au flux de courant électrique - sont des composants très importants dans le domaine de l'électronique !
« Charger » sur les diagrammes schématiques
Dans les diagrammes schématiques, les symboles de résistance sont parfois utilisés pour illustrer tout type général de dispositif dans un circuit faisant quelque chose d'utile avec de l'énergie électrique. Tout appareil électrique non spécifique est généralement appelé une charge, donc si vous voyez un schéma montrant un symbole de résistance étiqueté "charge", en particulier dans un schéma de circuit didactique expliquant un concept sans rapport avec l'utilisation réelle de l'énergie électrique, ce symbole peut simplement être une sorte de représentation abrégée d'autre chose de plus pratique qu'une résistance.
Analyse des circuits de résistance
Pour résumer ce que nous avons appris dans cette leçon, analysons le circuit suivant, en déterminant tout ce que nous pouvons à partir des informations fournies :
Tout ce qui nous a été donné ici pour commencer est la tension de la batterie (10 volts) et le courant du circuit (2 ampères). Nous ne connaissons pas la résistance de la résistance en ohms ni la puissance dissipée par celle-ci en watts. En parcourant notre gamme d'équations de la loi d'Ohm, nous trouvons deux équations qui nous donnent des réponses à partir de quantités connues de tension et de courant :
En insérant les quantités connues de tension (E) et de courant (I) dans ces deux équations, nous pouvons déterminer la résistance du circuit (R) et la dissipation de puissance (P) :
Pour les conditions de circuit de 10 volts et 2 ampères, la résistance de la résistance doit être de 5 Ω. Si nous concevions un circuit pour fonctionner à ces valeurs, nous devrions spécifier une résistance d'une puissance minimale de 20 watts, sinon elle surchaufferait et tomberait en panne.
Matériaux de résistance
Les résistances peuvent être trouvées dans une variété de matériaux différents, chacun avec ses propres propriétés et domaines d'utilisation spécifiques. La plupart des ingénieurs électriciens utilisent les types ci-dessous :
Résistances bobinées (WW)
Les résistances bobinées sont fabriquées en enroulant un fil de résistance autour d'un noyau non conducteur en spirale. Ils sont généralement produits pour des applications de haute précision et de puissance. Le noyau est généralement en céramique ou en fibre de verre et le fil de résistance est en alliage nickel-chrome et ne convient pas aux applications avec des fréquences supérieures à 50 kHz.
Le faible bruit et la stabilité vis-à-vis des variations de température sont des caractéristiques standard des résistances bobinées. Les valeurs de résistance sont disponibles de 0,1 à 100 kΩ, avec des précisions comprises entre 0,1 % et 20 %.
Résistances à film métallique
Le nichrome ou le nitrure de tantale est généralement utilisé pour les résistances à couche métallique. Une combinaison d'un matériau céramique et d'un métal constitue généralement le matériau résistif. La valeur de résistance est modifiée en coupant un motif en spirale dans le film, un peu comme un film de carbone avec un laser ou un abrasif. Les résistances à film métallique sont généralement moins stables à la température que les résistances bobinées, mais gèrent mieux les fréquences plus élevées.
Résistances à film d'oxyde métallique
Les résistances à oxyde métallique utilisent des oxydes métalliques tels que l'oxyde d'étain, ce qui les rend légèrement différentes des résistances à couche métallique. Ces résistances sont fiables et stables et fonctionnent à des températures plus élevées que les résistances à couche métallique. Pour cette raison, les résistances à couche d'oxyde métallique sont utilisées dans des applications nécessitant une endurance élevée.
Résistances d'aluminium
Développée dans les années 1960, la résistance à feuille est toujours l'un des types de résistance les plus précis et les plus stables que vous puissiez trouver et est utilisée pour des applications avec des exigences de haute précision. Un substrat en céramique sur lequel est collée une mince feuille de métal en vrac constitue l'élément résistif. Les résistances à feuille présentent un coefficient de résistance à très basse température.
Résistances à composition de carbone (CCR)
Jusqu'aux années 1960, les résistances à composition de carbone étaient la norme pour la plupart des applications. Ils sont fiables, mais peu précis (leur tolérance ne peut être meilleure qu'environ 5%). Un mélange de fines particules de carbone et de matériau céramique non conducteur est utilisé pour l'élément résistif des résistances CCR.
La substance est moulée en forme de cylindre et cuite. Les dimensions du corps et le rapport carbone/céramique déterminent la valeur de résistance. Plus de carbone utilisé dans le processus signifie qu'il y aura une résistance plus faible. Les résistances CCR sont toujours utiles pour certaines applications en raison de leur capacité à résister à des impulsions de haute énergie, un bon exemple d'application serait dans une alimentation.
Résistances à film de carbone
Les résistances à film de carbone ont un film de carbone mince (avec une coupe en spirale dans le film pour augmenter le chemin résistif) sur un noyau cylindrique isolant. Cela permet à la valeur de résistance d'être plus précise et augmente également la valeur de résistance. Les résistances à couche de carbone sont beaucoup plus précises que les résistances à composition de carbone. Des résistances à film de carbone spéciales sont utilisées dans les applications qui nécessitent une stabilité d'impulsion élevée.
Indicateurs clés de performance (KPI)
Les KPI pour chaque matériau de résistance peuvent être trouvés ci-dessous :
AVIS :
- Les appareils appelés résistances sont conçus pour fournir des quantités précises de résistance dans les circuits électriques. Les résistances sont évaluées à la fois en termes de résistance (ohms) et de capacité à dissiper l'énergie thermique (watts).
- Les valeurs nominales de résistance des résistances ne peuvent pas être déterminées à partir de la taille physique de la ou des résistances en question, bien que des puissances nominales approximatives le puissent. Plus la résistance est grande, plus elle peut dissiper de la puissance en toute sécurité sans subir de dommages.
- Tout appareil qui effectue une tâche utile avec de l'énergie électrique est généralement connu sous le nom de charge. Parfois, les symboles de résistance sont utilisés dans les diagrammes schématiques pour désigner une charge non spécifique, plutôt qu'une résistance réelle.
FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :
- Fiche de travail sur les résistances
Essayez notre Calculateur de code de couleur de résistance dans notre Outils section .
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