Como funcionam os resistores (ART443a)

Este artigo foi publicado em 1996, mas é uma lição bastante atual sobre o princípio de funcionamento dos resistores e também das lâmpadas incandescentes. Trata-se de uma verdadeira apostila, indicada para cursos técnicos e de iniciação à tecnologia. Nele, temos os diversos tipos de resistores e seu princípio de funcionamento.

Nosaparelhos eletrônicos comuns, ao analisar seus diagramas, encontramos um tipo de componente que é o mais comum, pois aparece na maior quantidade e na prática numa grande variedade de tipos e valores. Falamos do resistor que, pela sua utilidade talvez seja o mais importante de todos os componentes eletrônicos. Também é o mais barato dos componentes eletrônicos, em seu tipo normal de baixa dissipação. O princípio de funcionamento do resistor e para que serve é o tema deste artigo. Outro componente que pode ser incluído na família dos resistores e que também veremos neste artigo é a lâmpada incandescente.

No artigo desta mesma série em que falamos dos efeitos da corrente elétrica, vimos que o principal deles era o efeito térmico que se manifestava sempre que a corrente encontrava dificuldades para passar por certo meio, ou seja, encontrada uma certa "resistência".

O termo resistência elétrica, na verdade, é muito importante, pois precisamos às vezes colocar um "freio" na intensidade da corrente e a presença de uma resistência pode fazer isso.

Assim, para diminuir a intensidade de uma corrente, oferecendo-lhe uma certa oposição à sua passagem, usamos dispositivos ou componentes eletrônicos denominados resistores.

O tipo principal de resistor é o fixo cujos símbolos são mostrados na figura 1, e que tem os aspectos mostrados na mesma figura.

Resistores - símbolos e aspectos.

O tamanho do resistor deve-se ao fato de que, se ele converte a energia em calor, o calor tende a aquecê-lo. Assim, se ele não tiver uma superfície suficientemente grande para transferir o calor gerado para o meio ambiente, pode ocorrer sua queima.

Os resistores maiores são, portanto, os de maior capacidade de dissipação de calor, ou seja, os de maior "potência".

A MEDIDA DA RESISTÊNCIA

Se um resistor for ligado a um circuito de 1 Volt e nestas condições passar por ele uma corrente de 1 ampère, dizemos que a resistência desse resistor é de 1 ohm. Abreviamos o OHM pela letra grega (?).

Na prática usamos nos aparelhos eletrônicos resistores cujos valores podem variar entre fração de ohm e mais de 20 000 000 de ?.

Assim, na indicação dos valores dos resistores é comum usarmos prefixos que facilitam tanto a marcação dos componentes, como o próprio desenho dos diagramas.

Em lugar de dizermos milhares de ?, por exemplo, usamos o prefixo "quilo" que é abreviado por k.

Assim, um resistor de 10k ? é o mesmo que 10 000 ?.

Em alguns casos é comum usarmos o k em lugar da vírgula se tivermos uma quantidade "quebrada" de ?. Por exemplo, em lugar de escrever 4 700 ? podemos escrever 4,7k ? ou ainda 4k7 ?.

Para os milhões de ?, usamos o prefixo Mega que é abreviado pela letra M.

Assim, dizer que um resistor de 22M ? (Meg?) é o mesmo que dizer que ele tem 22 milhões de ? de resistência.

Nos resistores maiores, a marcação do valor não oferece dificuldades, mas se o componente for muito pequeno, isso passa a ser um problema. Uma maneira de tornar a marcação desses componentes mais simples consiste em se usar um sistema em que faixas coloridas são pintadas numa certa ordem e segundo uma certa codificação.

Temos então de 3 a 5 faixas pintadas no componente, na ordem indicada na figura 2.

Códigos de faixas de resistores.

Para os tipos de 3 e 4 faixas, as duas primeiras faixas indicam os dois primeiros algarismos do número que vai formar a resistência. A terceira faixa representa o número de zeros ou fator de multiplicação.

No caso de 5 faixas, temos as três primeiras indicando os três primeiros algarismos da resistência e a quarta faixa o fator de multiplicação.

Para os tipos de 4 faixas a quarta faixa indica a tolerância, ou seja, em quantos por cento pode o valor real do componente se afastar do valor indicado.

Para os tipos de 5 faixas a quinta faixa é que indica a tolerância.

A tabela do significado das cores é mostrada a seguir.

Vamos dar exemplos:

a) Quais os valores dos resistores mostrados na figura 3.

Exemplos de leitura de códigos de cores.

O primeiro (1) é um resistor de 3 faixas: as duas primeiras amarelo e violeta formam o número 47, e a terceira vermelha indica que devemos acrescentar 2 zeros. Formamos assim o valor 4 700 ?. O resistor é de 4 700 ?, ou 4k7. A ausência da faixa de tolerância indica que se trata de 20%,

b) O segundo (2) é um resistor de 4 faixas: as duas primeiras, marrom e verde, formam o número 15. A terceira verde, indica que devemos acrescentar 5 zeros. Temos então o valor da resistência que é 1 500 000 ? ou 1,5 M ? ou ainda 1M5 ?. A quarta faixa dourada, indica que a tolerância é 5%.

TIPOS DE RESISTORES

O tipo mais comum de resistor é o tubular de carbono que tem a estrutura interna mostrada na figura 4.

Resistor tubular de carbono

Conforme podemos ver, temos uma fina película de grafite ou carbono na forma cristalina (o carbono elemento forma dois tipos de tipos de cristal: a grafite e o diamante) que é o elemento resistivo. Sua espessura e o número de voltas da espiral determinam a resistência do componente.

Esse resistor é indicado para aplicações em que o calor gerado não seja muito grande. Essa quantidade de calor é especificada em watts (W) ou seja, a potência que o resistor pode gerar na forma de calor sem que sua temperatura se eleve demais.

Valores na faixa de 1/8W (0,125W) a 2W são comuns para as dissipações desses resistores.

Quando se necessita de maior capacidade de dissipação de calor, ou seja, nos circuitos de alta potência que operam com correntes intensas são usados resistores de fio que têm o aspecto mostrado na figura 5.

Resistor de fio

Nesses resistores temos um fio de nicromo ou outro material de alta resistividade cuja espessura e comprimento determinam a resistência do componente. Esse material pode suportar elevadas temperaturas e por isso os resistores de fio podem trabalhar quentes.

Um tipo importante de resistor é o de película metálica que é semelhante no aspecto ao resistor de carbono.

O que ocorre é que o carbono, por suas características, gera ruídos térmicos nos circuitos, e isso pode ser prejudicial em alguns casos, como por exemplo em amplificadores de áudio muito sensíveis. Esse ruído pode aparecer na forma de chiado (som de vento ou chuva) no alto-falante.

Os resistores de película metálica são menos ruidosos, pois o elemento resistivo é formado por uma deposição de metal em lugar do carbono e o metal é menos ruidoso.

RESISTORES VARIÁVEIS

Os resistores que vimos são fixos, ou seja, fabricados com um determinado valor que não pode ser alterado. No entanto, em alguns projetos precisamos alterar em determinados momentos ou constantemente o valor da resistência apresentada por um componente.

Quando isso ocorre usamos resistores variáveis. Existem dois tipos principais de resistores variáveis: os trimpots e os potenciômetros.

a) trimpots

Os trimpots (do inglês trimmer-potentiometers) são resistores que podem ser ajustados para apresentar uma determinada resistência e depois não mais serem usados a não ser em casos especiais. Tratam-se pois de resistores de ajuste.

Na figura 6 temos o aspecto desse tipo de resistor.

Trimpot - símbolo e aspecto.

Um cursor se desloca sobre um elemento resistivo, por exemplo de carbono, e conforme sua posição sobre esse elemento, teremos a resistência apresentada pelo componente. Veja que temos três terminais para este componente: quando deslocamos o cursor, ao mesmo tempo, que a resistência aumenta entre o do meio e um extremo, ela diminui entre o do meio e o outro extremo.

b) Potenciômetros

São resistores variáveis usados quando se deseja uma atuação constante (a qualquer momento) modificando a resistência num circuito.

Na figura 7 temos os aspectos desses componentes que são usados como controle de volume, tonalidade, frequência, sensibilidade em diversos tipos de aparelhos.

Potenciômetros - símbolos e aspectos.

O princípio de funcionamento é o mesmo: um cursor desliza sobre um elemento resistivo de carbono (ou de fio de nicromo, nos tipos de potência).

Nos dois tipos de resistores variáveis a resistência total do elemento em que o cursor desliza dá o valor do componente.

ESPECIFICAÇÕES

Como qualquer componente eletrônico, os resistores possuem especificações que fixam o modo que eles podem ser usados sem problemas.

Para os resistores temos as seguintes especificações:

a) resistência

É o valor do componente propriamente dito, ou seja, a oposição que o componente oferece à passagem da corrente. A resistência é expressa em ? e indicada tanto pelas faixas coloridas, conforme já vimos, como gravada diretamente nos tipos de maior potência, como os de fio, conforme mostra a figura 8.

Marcação dos resistores.

b) Dissipação

Esta especificação é muito importante, pois indica quanto de calor o resistor pode dissipar quando em funcionamento. Se um resistor for mal dimensionado em termos de dissipação ele pode aquecer demais e queimar.

Normalmente, a dissipação é associada ao tamanho do resistor, mas conforme a técnica com que ele é fabricado, podem ocorrer variações.

Assim, para uma mesma dissipação, dependendo do tipo, o resistor pode ter tamanhos diferentes, conforme mostra a figura 9.

A dissipação depende do tipo e tamanho.

De qualquer maneira, num projeto sempre devemos usar um resistor com dissipação igual ou maior do que aquela exigida.

Nos resistores de fio a dissipação costuma ser gravada diretamente no seu invólucro.

É importante notar que uma boa parte do calor gerado num resistor é dissipada pelos seus terminais que o conduz para a placa ou ponto em que ele é soldado. Assim, quando cortamos os terminais de um resistor também estamos alterando sua capacidade de dissipação.

c) Tolerância

Não é possível fabricar dois resistores exatamente com o mesmo valor e muito menos com o valor que devemos esperar para um lote. Assim, num lote de resistores de 1000 ?, teremos resistores com valores diferentes desses 1 000 ?, mas o suficientemente próximos para que possam ser usados como tal sem problemas.

Os projetos eletrônicos já são feitos de modo a admitir uma certa margem de valores para os componentes especificados. Assim, se num projeto for exigido um resistor de 1 000 ? com 10% de tolerância isso significa que resistores com valores reais entre 900 e 1 100 ? funcionarão perfeitamente.

É por este motivo que os resistores (como muitos outros componentes) têm certa tolerância em relação ao seu valor.

Assim, quando se indica que um resistor é de 1 000 ? x 10% isso significa que ele, na realidade pode ter qualquer valor entre 900 e 1 100 ?, sem que isso signifique ele não esteja bom.

Veja que isso é muito importante para a determinação dos valores fabricados.

Se um resistor de 1 000 ? pode ter, na realidade valores de 900 a 1 100 ?, não precisamos fabricar TODOS os valores entre 900 e 1000 ?, pois o de 1 000 dá cobertura dessa faixa, conforme mostra a figura 10.

Cobertura de toda a faixa de valores com poucos resistores.

Isso nos leva à possibilidade de cobrir toda a faixa de valores possíveis de resistências com poucos valores de resistores.

Temos então as denominadas séries comerciais.

AS SÉRIES COMERCIAIS

Se não precisamos fabricar resistores de todos os valores possíveis, também não devemos fabricá-los de forma aleatória.

Os valores comerciais são então padronizados, conforme a tolerância:

Para os de 20% por exemplo temos os seguintes valores:

10 - 15 - 22 - 33 - 47 - 68 - 100

Isso significa que todos os resistores de 20% tem valores multiplos ou submultiplos inteiros dos indicados. Não existe um resistor de 1250 ? nesta série, mas o valor mais próximo será 1 500 ?.

Para a tolerância de 10% temos mais valores:

10- 12 - 15 - 18 - 22 - 27 - 33 - 47 - 56 - 68 - 82 - 100

Com 10% de tolerância podemos encontrar um resistor de 180 000 ? mas nunca de 20%.

Para a série de 5% temos os seguintes valores:

10 - 11 - 12 - 13 - 15 - 16 - 18 - 20 - 22 - 24 - 27 - 30 - 33 - 36 - 39 - 43 - 47 - 56 - 62 - 68 - 75 - 82 - 91 - 100