Resistores
Como a relação entre tensão, corrente e resistência em qualquer circuito é tão regular, podemos controlar com segurança qualquer variável em um circuito simplesmente controlando as outras duas. Talvez a variável mais fácil de controlar em qualquer circuito seja sua resistência. Isso pode ser feito alterando o material, o tamanho e a forma de seus componentes condutores (lembra como o filamento de metal fino de uma lâmpada criava mais resistência elétrica do que um fio grosso?).
O que é um resistor?
Componentes especiais chamados resistores são feitos com o propósito expresso de criar uma quantidade precisa de resistência para inserção em um circuito. Eles são normalmente construídos com fio de metal ou carbono e projetados para manter um valor de resistência estável em uma ampla gama de condições ambientais.
Ao contrário das lâmpadas, eles não produzem luz, mas produzem calor à medida que a energia elétrica é dissipada por eles em um circuito em funcionamento. Normalmente, porém, o propósito de um resistor não é produzir calor utilizável, mas simplesmente fornecer uma quantidade precisa de resistência elétrica.
Símbolos e valores esquemáticos do resistor
O símbolo esquemático mais comum para um resistor é uma linha em zigue-zague:
Os valores dos resistores em ohms são geralmente mostrados como um número adjacente e, se vários resistores estiverem presentes em um circuito, eles serão rotulados com um número identificador exclusivo, como R 1 , R 2 , R 3 , etc. Como você pode ver, os símbolos do resistor podem ser mostrados horizontalmente ou verticalmente:
Os resistores reais não se parecem em nada com o símbolo do zigue-zague. Em vez disso, eles se parecem com pequenos tubos ou cilindros com dois fios projetando-se para a conexão a um circuito. Aqui está uma amostra de diferentes tipos e tamanhos de resistores:
Para manter mais sua aparência física, um símbolo esquemático alternativo para um resistor se parece com uma pequena caixa retangular:
Os resistores também podem apresentar resistências variáveis, em vez de fixas. Isso pode ser com o propósito de descrever um dispositivo físico real projetado com a finalidade de fornecer uma resistência ajustável, ou pode ser para mostrar algum componente que por acaso tem uma resistência instável:
Na verdade, sempre que você vir um símbolo de componente desenhado com uma seta diagonal atravessando-o, esse componente terá uma variável em vez de um valor fixo. Este “modificador” de símbolo (a seta diagonal) é uma convenção de símbolo eletrônico padrão.
Resistores variáveis
Os resistores variáveis devem ter algum meio físico de ajuste, um eixo giratório ou uma alavanca que pode ser movida para variar a quantidade de resistência elétrica. Aqui está uma fotografia que mostra alguns dispositivos chamados potenciômetros, que podem ser usados como resistores variáveis:
Classificação de energia dos resistores
Como os resistores dissipam a energia térmica à medida que as correntes elétricas através deles superam o "atrito" de sua resistência, os resistores também são avaliados em termos de quanta energia térmica eles podem dissipar sem superaquecimento e danos sofridos. Naturalmente, esta classificação de energia é especificada na unidade física de “watts”. A maioria dos resistores encontrados em pequenos dispositivos eletrônicos, como rádios portáteis, são avaliados em 1/4 (0,25) watt ou menos.
A potência nominal de qualquer resistor é aproximadamente proporcional ao seu tamanho físico. Observe na primeira fotografia do resistor como as classificações de potência se relacionam com o tamanho:quanto maior for o resistor, maior será a classificação de dissipação de potência. Além disso, observe como as resistências (em ohms) não têm nada a ver com o tamanho! Embora possa parecer inútil agora ter um dispositivo que não faz nada além de resistir à corrente elétrica, os resistores são dispositivos extremamente úteis em circuitos.
Por serem simples e comumente usados em todo o mundo da eletricidade e da eletrônica, passaremos um tempo considerável analisando circuitos compostos de nada além de resistores e baterias.
Como os resistores são úteis?
Para uma ilustração prática da utilidade dos resistores, examine a fotografia abaixo. É a imagem de uma placa de circuito impresso, ou PCB:um conjunto feito de camadas intercaladas de placa de fibra fenólica isolante e tiras de cobre condutor, nas quais os componentes podem ser inseridos e fixados por um processo de soldagem de baixa temperatura denominado "soldagem".
Os vários componentes desta placa de circuito são identificados por etiquetas impressas. Os resistores são indicados por qualquer rótulo que comece com a letra “R”.
Esta placa de circuito em particular é um acessório de computador denominado “modem”, que permite a transferência digital de informações por linhas telefônicas. Há pelo menos uma dúzia de resistores (todos classificados em 1/4 watt de dissipação de energia) que podem ser vistos na placa deste modem. Cada um dos retângulos pretos (chamados de "circuitos integrados" ou "chips") contém sua própria matriz de resistores para suas funções internas também. Outro exemplo de placa de circuito mostra resistores empacotados em unidades ainda menores, chamadas de "dispositivos de montagem em superfície".
Esta placa de circuito em particular é a parte inferior de uma unidade de disco rígido de computador pessoal e, mais uma vez, os resistores soldados nela são designados com rótulos que começam com a letra "R":
Existem mais de cem resistores de montagem em superfície nesta placa de circuito, e essa contagem, é claro, não inclui o número de resistores internos aos "chips" pretos. Essas duas fotos devem convencer qualquer pessoa de que os resistores - dispositivos que “meramente” se opõem ao fluxo de corrente elétrica - são componentes muito importantes no reino da eletrônica!
“Carregar” nos diagramas esquemáticos
Em diagramas esquemáticos, os símbolos de resistor às vezes são usados para ilustrar qualquer tipo geral de dispositivo em um circuito fazendo algo útil com energia elétrica. Qualquer dispositivo elétrico não específico é geralmente chamado de carga, então se você vir um diagrama esquemático mostrando um símbolo de resistor rotulado como "carga", especialmente em um diagrama de circuito tutorial explicando algum conceito não relacionado ao uso real de energia elétrica, esse símbolo pode apenas ser uma espécie de representação abreviada de algo mais prático do que um resistor.
Analisando circuitos do resistor
Para resumir o que aprendemos nesta lição, vamos analisar o seguinte circuito, determinando tudo o que podemos a partir das informações fornecidas:
Tudo o que nos foi dado aqui para começar é a tensão da bateria (10 volts) e a corrente do circuito (2 amperes). Não sabemos a resistência do resistor em ohms ou a potência dissipada por ele em watts. Examinando nosso conjunto de equações da Lei de Ohm, encontramos duas equações que nos dão respostas a partir de quantidades conhecidas de tensão e corrente:
Inserindo as quantidades conhecidas de tensão (E) e corrente (I) nessas duas equações, podemos determinar a resistência do circuito (R) e a dissipação de potência (P):
Para as condições do circuito de 10 volts e 2 amperes, a resistência do resistor deve ser 5 Ω. Se estivéssemos projetando um circuito para operar com esses valores, teríamos que especificar um resistor com uma potência mínima de 20 watts, ou então ele superaqueceria e falharia.
Materiais do resistor
Os resistores podem ser encontrados em uma variedade de materiais diferentes, cada um com suas propriedades e áreas de uso específicas. A maioria dos engenheiros elétricos usa os tipos encontrados abaixo:
Resistores de Fio Enrolado (WW)
Os Resistores de Fio Enrolado são fabricados enrolando o fio de resistência em torno de um núcleo não condutor em espiral. Eles são normalmente produzidos para aplicações de alta precisão e potência. O núcleo é geralmente feito de cerâmica ou fibra de vidro e o fio de resistência é feito de liga de níquel-cromo e não é adequado para aplicações com frequências superiores a 50 kHz.
Baixo ruído e estabilidade em relação às variações de temperatura são características padrão dos resistores de fio enrolado. Os valores de resistência estão disponíveis de 0,1 a 100 kΩ, com precisões entre 0,1% e 20%.
Resistores de filme metálico
Nitreto de nicromo ou tântalo é normalmente usado para resistores de filme de metal. Uma combinação de um material cerâmico e um metal normalmente compõe o material resistivo. O valor da resistência é alterado cortando-se um padrão em espiral no filme, semelhante ao filme de carbono com laser ou abrasivo. Os resistores de filme de metal são geralmente menos estáveis sob temperatura do que os resistores de fio enrolado, mas lidam melhor com frequências mais altas.
Resistores de filme de óxido de metal
Os resistores de óxido de metal usam óxidos de metal, como óxido de estanho, tornando-os ligeiramente diferentes dos resistores de filme de metal. Esses resistores são confiáveis e estáveis e operam em temperaturas mais altas do que os resistores de filme de metal. Por causa disso, resistores de filme de óxido metálico são usados em aplicações que requerem alta resistência.
Resistores de folha
Desenvolvido na década de 1960, o resistor de folha ainda é um dos tipos de resistor mais precisos e estáveis que você encontrará e é usado para aplicações com requisitos de alta precisão. Um substrato de cerâmica que tem uma folha de metal fina grossa cimentada constitui o elemento resistivo. Os resistores de folha apresentam um coeficiente de resistência de temperatura muito baixa.
Resistores de Composição de Carbono (CCR)
Até a década de 1960, os resistores de composição de carbono eram o padrão para a maioria das aplicações. Eles são confiáveis, mas não muito precisos (sua tolerância não pode ser melhor do que cerca de 5%). Uma mistura de partículas finas de carbono e material cerâmico não condutor é usada para o elemento resistivo dos Resistores CCR.
A substância é moldada em forma de cilindro e cozida. As dimensões do corpo e a relação entre o carbono e o material cerâmico determinam o valor da resistência. Mais carbono usado no processo significa que haverá uma resistência menor. Os resistores CCR ainda são úteis para certas aplicações devido à sua capacidade de suportar pulsos de alta energia. Um bom exemplo de aplicação seria em uma fonte de alimentação.
Resistores de filme de carbono
Os resistores de filme de carbono têm um filme de carbono fino (com um corte em espiral no filme para aumentar o caminho resistivo) em um núcleo cilíndrico isolante. Isso permite que o valor da resistência seja mais preciso e também aumenta o valor da resistência. Os resistores de filme de carbono são muito mais precisos do que os resistores de composição de carbono. Resistores de filme de carbono especiais são usados em aplicações que requerem alta estabilidade de pulso.
Indicadores-chave de desempenho (KPIs)
Os KPIs para cada material do resistor podem ser encontrados abaixo:
REVER:
- Dispositivos chamados resistores são construídos para fornecer quantidades precisas de resistência em circuitos elétricos. Os resistores são avaliados em termos de resistência (ohms) e capacidade de dissipar energia térmica (watts).
- As classificações de resistência do resistor não podem ser determinadas pelo tamanho físico do (s) resistor (es) em questão, embora as classificações de potência aproximadas possam. Quanto maior for o resistor, mais energia ele pode dissipar com segurança sem sofrer danos.
- Qualquer dispositivo que execute alguma tarefa útil com energia elétrica é geralmente conhecido como carga. Às vezes, os símbolos do resistor são usados em diagramas esquemáticos para designar uma carga não específica, em vez de um resistor real.
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