Que faut-il savoir sur les résistances ?

Résistance : un morceau de matériau passif qui résiste au flux de courant électrique. Un terminal est connecté à chaque extrémité, vous avez terminé. Quoi de plus simple ?

Il s'avère que ce n'est pas si simple du tout. La température, la capacité, l'inductance et d'autres facteurs contribuent tous à faire de la résistance un composant assez complexe après tout. Même ses utilisations dans les circuits sont nombreuses, mais nous nous concentrerons ici sur les différents types de résistances à valeur fixe, leur fabrication et ce qui les rend souhaitables pour différentes applications.

Commençons par un simple, et l'un des plus anciens.

Celles-ci sont souvent appelées "anciennes" résistances et étaient largement utilisées dans les années 1960, mais avec l'introduction d'autres types de résistances et leur coût relativement élevé, elles sont moins utilisées maintenant. Ils sont constitués d'un mélange de poudre de céramique et de carbone liés ensemble à l'aide de résine. Le carbone est un bon conducteur électrique et plus la concentration de carbone dans le mélange est élevée, plus la résistance est faible. Les fils sont attachés aux extrémités. Ils sont ensuite recouverts de peinture ou de plastique comme isolant et des bandes de différentes couleurs sont peintes pour indiquer la valeur de résistance et la tolérance.

La résistance de ces résistances à composition de carbone peut être modifiée de manière permanente par une longue exposition à une humidité élevée, une surcharge de tension et une surchauffe lors du soudage. Les tolérances sont de 5 % ou plus. Étant donné qu'ils ne sont fondamentalement qu'un cylindre solide, ils ont de bonnes caractéristiques à haute fréquence. Ils ont également une bonne capacité à résister à une surcharge thermique comparable à leur petite taille et sont donc toujours utilisés dans les alimentations électriques et les contrôles de soudage.

Cependant, leur âge ne m'a pas empêché d'en utiliser un sac que j'avais acheté dans un magasin d'occasion afin de constituer les différentes résistances dont j'avais besoin pour un baladeur 555 timer. C'est mon kludge que vous voyez sur la photo ci-dessus.

Le coefficient de température de résistance (TCR) des résistances à film de carbone est généralement d'environ 200 et 500 ppm/C. 200 ppm/C signifie que pour chaque 1C, la résistance ne changera pas de plus de 200 ohms pour chaque 1 Mohm de la valeur de la résistance. En termes de pourcentage, il s'agit d'un changement de 0,02 %/C. Ainsi, pour un changement de température de 80 °C, 200 ppm/C signifie un changement de résistance de 1,6 % ou 16 kilohms.

Les résistances à film de carbone vont généralement de 1 ohm à 10 kilohms, ont des puissances nominales de 1/16 W à 5 W et peuvent gérer des tensions de l'ordre du kilovolt. Les utilisations typiques sont pour les alimentations haute tension, les rayons X, les lasers et les radars.

Le film métallique est fabriqué de la même manière que le film de carbone, en déposant une couche métallique (souvent du nickel-chrome) sur de la céramique, puis en découpant une hélice à partir du métal. Selon un document du fabricant Vishay, une fois les bornes fixées, l'hélice était autrefois découpée par meulage ou sablage, mais aujourd'hui, la découpe se fait à l'aide de lasers. Le résultat est ensuite recouvert de laque et étiqueté à l'aide d'un code couleur ou d'un texte réel.

Le changement de résistance du film métallique dû à la température est inférieur à celui du film de carbone. Le TCR du film métallique est compris entre 50 et 100 ppm/C, ce qui pour les 50 ppm/C équivaut à 0,005%/C. En utilisant le même exemple que pour le film de carbone de 1 Mohm ci-dessus, pour un changement de température de 80°C, 50 ppm/C équivaut à un changement de 0,4 % ou 4 kilohms.

Le film métallique commence également à une tolérance inférieure, 0,1 %. Ils présentent également de bonnes caractéristiques de bruit, une faible non-linéarité et une bonne stabilité à long terme, ainsi qu'un large éventail d'utilisations.

C'est à peu près la même chose qu'une résistance à film métallique, sauf que le métal est souvent de l'oxyde d'étain contaminé par de l'oxyde d'antimoine pour la résistance. Cela lui donne une meilleure performance que le film de carbone ou le film métallique en termes de tension nominale, de surcharges, de surtensions et de températures élevées. Alors que les résistances à film de carbone sont évaluées pour environ 200C et le film métallique, 250-300C, l'oxyde métallique fonctionne avec 450C. Cependant, ils ont des propriétés de stabilité inférieures.

Les résistances bobinées sont fabriquées en enroulant un fil autour d'un cylindre en plastique, en céramique ou en fibre de verre. Étant donné que le fil peut être coupé à une longueur précise, ceux-ci peuvent avoir une valeur de résistance de haute précision avec une tolérance de 0,1 % ou mieux. Pour obtenir une résistance élevée, le fil doit être très fin et très long. Le fil peut être fin pour des puissances inférieures ou plus épais pour des puissances supérieures. Il peut être constitué d'un certain nombre d'alliages, dont le nickel-chrome, le cuivre, l'argent, le fer-chrome et le tungstène.

Ils sont généralement conçus pour résister à des températures élevées en fonction du matériau de fil utilisé, ceux en tungstène pur ayant une température nominale maximale de 1700C, bien que ceux en argent puissent être dans la plage 0-150C. Le TCR pour les résistances bobinées de précision est d'environ 5 ppm/C. Pour les résistances bobinées à haute puissance, le TCR est plus élevé et cela varie davantage.

Les résistances bobinées haute puissance peuvent aller de 0,5 W à 1000 W et celles de centaines de watts peuvent être recouvertes d'un silicone haute température ou d'un émail vitrifié. Pour une dissipation thermique maximale, il peut même y avoir un boîtier en aluminium doté d'ailettes servant de dissipateur de chaleur, bien que celles-ci semblent être de l'ordre de 50 W.

Étant donné que le fil enroulé est essentiellement une bobine, il a une inductance et une capacité suffisantes pour avoir de mauvaises propriétés aux hautes fréquences. Pour réduire ou éliminer cela, d'autres façons de l'enrouler sont utilisées, telles que l'enroulement bifilaire, l'enroulement sur un ancien plat et l'enroulement Ayrton-Perry, comme indiqué sur l'illustration.

Dans le cas d'un bobinage bifilaire, l'induction est supprimée mais la capacité est élevée. En enroulant sur un gabarit plat très fin, les fils sont rapprochés et l'induction est diminuée. Et avec l'enroulement d'Ayrton-Perry, puisque les enroulements avec un courant dans des directions opposées sont proches les uns des autres, l'auto-induction est réduite et la capacité est minimisée car les potentiels sont les mêmes aux intersections.

Les potentiomètres sont souvent des résistances bobinées en raison de leur durabilité. Les résistances bobinées sont également souvent utilisées dans les disjoncteurs ou les fusibles. Et leur induction peut être améliorée et mise à profit en tant que capteurs de courant en mesurant la réactance inductive pour déterminer le courant qui la traverse.

Comme vous pouvez le deviner, les résistances à feuille utilisent une feuille de plusieurs microns d'épaisseur, généralement un alliage de nickel-chrome avec des additifs montés sur un support en céramique. Ils ont la meilleure stabilité et précision de toutes les résistances bien qu'ils existent depuis les années 1960. La valeur de résistance souhaitée est obtenue par photogravure d'un motif dans la feuille. Ils n'ont pas d'inductance, une faible capacité, une bonne stabilité et une stabilisation thermique rapide. La tolérance peut être aussi faible que 0,001 %.

Le TCR est d'environ 1 ppm/C. En comparaison avec le film métallique de 1 Mohm ci-dessus, pour un changement de température de 80°C, cela représente un changement de seulement 0,008 % ou 80 ohms. Il est intéressant de savoir comment cela est réalisé. Lorsque la température augmente, la résistance augmente bien sûr. Mais la résistance est conçue de telle manière que cette augmentation de température provoque une compression dans la feuille, ce qui entraîne une baisse de la résistance. L'effet net est très peu de changement dans la résistance.

Sans inductance, les résistances à feuille sont idéales pour les applications audio où les hautes fréquences sont impliquées. Ils se prêtent également à des applications exigeant de la précision comme dans les balances électroniques. Et bien sûr, n'importe quel endroit avec de grandes variations de température peut également les utiliser.

La plupart des résistances SMD (Surface Mount Device) sont de ce type. Le film des résistances à couche épaisse est environ 1000 fois plus épais que celui des résistances à couche mince et les résistances à couche épaisse sont les résistances les moins chères du marché. Le film mince coûte beaucoup plus cher que le film épais.

Les résistances à couches minces sont fabriquées en pulvérisant du nickel-chrome (généralement) sur un substrat isolant. Celui-ci est ensuite gravé par photogravure, abrasif ou découpe laser. Les résistances à couches épaisses sont fabriquées à l'aide d'un procédé d'impression sérigraphique et au pochoir. Le film est un mélange d'un liant, d'un support et d'un oxyde métallique. Le rognage final est effectué par un rognage abrasif ou laser.

Les tolérances des couches minces sont aussi bonnes que 0,1 % et le TCR est de 5 à 50 ppm/C. Pour les couches épaisses, les tolérances sont aussi bonnes que 1 % avec des TCR de 50 à 200 ppm/C. Le film mince a également un bruit de résistance inférieur à celui du film épais.

Les applications typiques pour les couches minces sont là où une haute précision est requise. Le film épais a une application dans pratiquement tous les appareils électriques - certains PC contiennent plus de 1000 résistances SMD à film épais.

Il existe également d'autres types de résistances à valeur fixe, mais celles ci-dessus sont les plus susceptibles de se trouver dans les tiroirs à résistances des gens. Y a-t-il des types que vous trouvez particulièrement utiles pour certaines applications ? Si tel est le cas, partagez-le avec nous dans les commentaires ci-dessous, ainsi que tout autre type que vous utilisez fréquemment. Et si vous voulez un autre aperçu des composants typiques que vous pourriez trouver ou vouloir pour votre collection, pensez à consulter notre article sur les condensateurs.