Eletrônica Básica - Resistor

Um resistor (chamado de resistência em alguns casos) é um dispositivo elétrico muito utilizado em eletrônica, com a finalidade de transformar energia elétrica em energia térmica (efeito joule), a partir do material empregado, que pode ser por exemplo carbono.

Um resistor ideal é um componente com uma resistência elétrica que permanece constante independentemente da tensão ou corrente elétrica que circular pelo dispositivo.

Os resistores podem ser fixos ou variáveis. Neste caso são chamados de potenciômetros ou reostatos. O valor nominal é alterado ao girar um eixo ou deslizar uma alavanca.

O valor de um resistor de carbono pode ser facilmente determinado de acordo com as cores que apresenta na cápsula que envolve o material resistivo, ou então usando um ohmímetro.

Alguns resistores são longos e finos, com o material resistivo colocado ao centro, e um terminal de metal ligada em cada extremidade. Este tipo de encapsulamento é chamado de encapsulamento axial. A fotografia a direita mostra os resistores em uma tira geralmente usados para a pré formatação dos terminais. Resistores usados em computadores e outros dispositivos são tipicamente muito menores, freqüentemente são utilizadas tecnologia de montagem em superfícies (Surface-mount technology), ou SMT, esse tipo de resistor não tem perna de metal. Resistores de potência maior são feitos mais robustos para dissipar calor de maneira mais eficiente, mas eles seguem basicamente a mesma estrutura.

Resistência e resistividade

Os resistores são sim como parte de um circuito eléctrico e incorporados dentro de dispositivos microelectrónicos ou semicondutores. A medição crítica de um resistor é a resistência, que serve como relação de voltagem para corrente é medida em ohms, uma unidade SI. Um componente tem uma resistência de 1 ohm se uma voltagem de 1 volt no componente fazer com que percorra, pelo mesmo, uma corrente de 1 ampère, o que é equivalente à circulação de 1 coulomb de carga elétrica, aproximadamente 6.241506 x 10¹⁸ elétrons por segundo.

Qualquer objeto físico, de qualquer material é um tipo de resistor. A maioria dos metais são materiais condutores, e opõe baixa resistência ao fluxo de corrente elétrica. O corpo humano, um pedaço de plástico, ou mesmo o vácuo têm uma resistência que pode ser mensurada. Materiais que possuem resistência muito alta são chamados isolantes ou isoladores.

Resistores de vários tipos

A relação entre tensão, corrente e resistência, através de um objeto é dada por uma simples equação, Lei de Ohm:

Onde V é a voltagem em volts, I é a corrente que circula através de um objeto em ampères, e R é a resistência em ohms. Se V e I tiverem uma relação linear isto é, R é constante ao longo de uma gama de valores, o material do objeto é chamado de ohmico. Um resistor ideal tem uma resistência fixa ao longo de todas as frequências e amplitudes de tensão e corrente.

Materiais supercondutores em temperaturas muito baixas têm resistência zero. Isolantes (tais como ar, diamante, ou outros materiais não-condutores) podem ter resistência extremamente alta (mas não infinita), mas falham e admitem que ocorra um grande fluxo de corrente sob voltagens suficientemente altas.

A resistência de um componente pode ser calculada pelas suas características físicas. A resistência é proporcional ao comprimento do resistor e à resistividade do material (uma propriedade do material), e inversamente proporcional à área da secção transversal. A equação para determinar a resistência de uma seção do material é:

Onde é a resistividade do material, é o comprimento, e é a área da secção transversal. Isso pode ser estendido a uma integral para áreas mais complexas, mas essa fórmula simples é aplicável a fios cilíndricos e à maioria dos condutores comuns. Esse valor está sujeito a mudanças em altas freqüências devido ao efeito skin, que diminui a superfície disponível da área.

Resistores padrões são vendidos com capacidades variando desde uns poucos miliohms até cerca de um gigaohm; apenas uma série limitada de valores, chamados valores preferenciais, estão disponíveis. Na prática, o componente discreto vendido como "resistor" não é um resistor perfeito como definido acima. Resistores são freqüentemente marcados com sua tolerância (a variação máxima esperada da resistência marcada). Em resistores codificados com cores, uma faixa mais à direita demonstra uma tolerância de 10%, uma faixa dourada significa 5% de tolerância, uma faixa vermelha marca 2% e uma faixa marrom significa 1% de tolerância. Resistores com tolerância menores, também chamados de resistores de precisão, também estão disponíveis.

Um resistor tem uma voltagem e corrente máximas de trabalho, acima das quais a resistência pode mudar (drasticamente, em alguns casos) ou o resistor pode se danificar fisicamente (queimar, por exemplo). Embora alguns resistores tenham as taxas de voltagem e corrente especificadas, a maioria deles são taxadas em função de sua potência máxima, que é determinada pelo tamanho físico. As taxas mais comuns para resistores de composição de carbono e filme de metal são 1/8 watt, 1/4 watt e 1/2 watt. Resistores de filme de metal são mais estáveis que os de carbono quanto a mudanças de temperatura e a idade. Resistores maiores são capazes de dissipar mais calor por causa de sua área de superfície maior. Resistores dos tipos wire-wound e sand-filled são usados quando se necessita de taxas grandes de potência, como 20 Watts.

Além disso, todos os os resistores reais também introduzem alguma indutância e capacitância, que mudam o comportamento dinâmico do resistor da equação ideal.

Resistor variável

O resistor variável é um resistor cujos valores podem ser ajustados por um movimento mecânico, por exemplo, rodando com a mão.

Os resistores variáveis podem ser dos baratos, de volta simples, ou de múltiplas voltas com um elemento helicoidal. Alguns têm um display mecânico para contar as voltas.

Tradicionalmente, resistores variáveis são não-confiáveis, porque o fio ou o metal podem se corroer ou se desgastar. Alguns resistores variáveis modernos usam materiais plásticos que não corroem.

Outro método de controle, que não é exatamente um resistor, mas se comporta como um, envolve um sistema sensor fotoelétrico que mede a densidade ótica de um pedaço de filme. Desde que o sensor não toque o filme, é impossível haver desgaste.

Reostato

é um resistor variável com dois terminais, sendo um fixo e o outro deslizante. Geralmente são utilizados com altas correntes.

Potenciômetro

É um tipo de resistor variável comum, sendo comumente utilizado para controlar o volume em amplificadores de áudio.

Metal Óxido Varistor ou M.O.V. / Varistores

É um tipo especial de resistor que tem dois valores de resistência muito diferentes, um valor muito alto em baixas voltagens (abaixo de uma voltagem específica), e outro valor baixo de resistência se submetido a altas voltagens (acima da voltagem específica do varistor). Ele é usado geralmente para proteção contra curtos-circuitos em extensões ou pára-raios usados nos postes de ruas, ou como "trava" em circuitos eletromotores.

Termistores

São resistências que variam o seu valor de acordo com a temperatura a que estão submetidas. A relação geralmente é directa, porque os metais usados têm uma coeficiente de temperatura positivo, ou seja se a temperatura sobe, a resistência também sobe. Os metais mais usado são a platina, daí as desisgnação Pt100 e Pt1000(100 porque à temperatura 20ºC, têm uma resistência de 100ohm, 1000 porque à temperatura 20ºC, têm uma resistência de 1000ohm) e o Niquel (Ni100)

os termistores PTC e NTC, são um caso particular, visto que em vez de metais usam semicondutores. Alguns autores não consideram resistências pelo facto de usarem semicondutores.

Alguns resistores variáveis ficam dentro de blocos que devem ser abertos de modo a ajustar o valor do resistor. Esse resistor variável de 2000 watts é usado para o freio dinâmico da turbina de vento de um gerador da Lakota (True North Power)

PTC

Do inglês Positive Temperature Coefficient

É um resistor dependente de temperatura com coeficiente de temperatura positivo. Quando a temperatura se eleva, a resistência do PTC aumenta. PTCs são freqüentemente encontrados em televisores, em série com a bobina desmagnetizadora, onde são usados para prover uma curta rajada de corrente na bobina quando o aparelho é ligado.

Uma versão especializada de PTC é o polyswitch que age como um fusível auto-rearmável.

NTC

Do inglês Negative Temperature Coefficient

Também é um resistor dependente da temperatura, mas com coeficiente negativo. Quando a temperatura sobe, sua resistência cai. NTC são freqüentemente usados em detectores simples de temperaturas, e instrumentos de medidas.

LDR

Do inglês Light Dependent Resistor

É uma resistência que varia, de acordo com a intensidade luminosa incidida. A relação geralmente é inversa, ou seja a resistência diminui com o aumento da intensidade luminosa. Muito usado em sensores de luminosidade ou crespusculares.

VDR

Do inglês Voltage Dependent Resistor (também conhecida como Varistor)

É uma resistência que varia, de acordo com a Tensão Elétrica a que é submetida . É utilizada no projecto de VCOs (Voltage Controlled Oscilators), VCFs (Voltage Controlled Filters), etc.

Especificação técnica de resistores

As especificações técnicas de um resistor são:

• Características fundamentais
  • Valor nominal da resistência [Ohm]
  • Potência de dissipação nominal [W]

• Características secundárias
  • Tolerância [%] (indica a diferença máxima em percentagem de variação do valor da resistência)
  • Coeficiente de temperatura
  • Coeficiente de tensão
  • Tensão máxima nominal [V]
  • Tensão de ruído
  • Diagrama de potência-temperatura
  • Característica resistência-freqüência

Potência de dissipação nominal [W]* Tolerância [%] (indica a diferença máxima (+/-) entre o valor nominal e o valor real da resistência)

Os três primeiros são sempre indicados.

A sucessão de valores nominais de resistência se ajusta a uma progressão geométrica:

onde é o valor nominal da resistência na posição e é um coeficiente relacionado com a tolerância:

Tolerância [%]	k	Nome da Série
20	6	E6
10	12	E12
5	24	E24
2	48	E48
1	96	E96
0.5	192	E192
0.25	192	E192
0.1	192	E192

Valores padrão de resistores

Nas tabelas a seguir são mostrados os valores normalizados entre 1 e 10. Os outros valores padronizados podem ser obtidos multiplicando esses valores por potências de 10.

Séries E6, E12, E24 (resistores de 4 faixas)

Série E6	1.0				1.5				2.2				3.3				4.7				6.8
Série E12	1.0		1.2		1.5		1.8		2.2		2.7		3.3		3.9		4.7		5.6		6.8		8.2
Série E24	1.0	1.1	1.2	1.3	1.5	1.6	1.8	2.0	2.2	2.4	2.7	3.0	3.3	3.6	3.9	4.3	4.7	5.1	5.6	6.2	6.8	7.5	8.2	9.1

Séries E48, E96, E192 (resistores de 5 faixas)

Série E48	1.00, 1.05, 1.10 ,1.15, 1.21, 1.27, 1.33, 1.40, 1.47, 1.54, 1.62, 1.69, 1.78, 1.87, 1.96, 2.05, 2.15, 2.26, 2.37, 2.49, 2.61, 2.74, 2.87, 3.01, 3.16, 3.32, 3.48, 3.65, 3.83, 4.02, 4.22, 4.42, 4.64, 4.87, 5.11, 5.36, 5.62, 5.90, 6.19, 6.49, 6.81, 7.15, 7.50, 7.87, 8.25, 8.66, 9.09, 9.53

Série E96

1.00, 1.02, 1.05, 1.07, 1.10, 1.13, 1.15, 1.18, 1.21, 1.24, 1.27, 1.30, 1.33, 1.37, 1.40, 1.43, 1.47, 1.50, 1.54, 1.58, 1.62, 1.65, 1.69, 1.74, 1.78, 1.82, 1.87, 1.91, 1.96, 2.00, 2.05, 2.10, 2.15, 2.21, 2.26, 2.32, 2.37, 2.43, 2.49, 2.55, 2.61, 2.67, 2.74, 2.80, 2.87, 2.94, 3.01, 3.09, 3.16, 3.24, 3.32, 3.40, 3.48, 3.57, 3.65, 3.74, 3.83, 3.92, 4.02, 4.12, 4.22, 4.32, 4.42, 4.53, 4.64, 4.75, 4.87, 4.99, 5.11, 5.23, 5.36, 5.49, 5.62, 5.76, 5.90, 6.04, 6.19, 6.34, 6.49, 6.65, 6.81, 6.98, 7.15, 7.32, 7.50, 7.68, 7.87, 8.06, 8.25, 8.45, 8.66, 8.87, 9.09, 9.31, 9.53, 9.76

Série E192

1.00, 1.01, 1.02, 1.04, 1.05, 1.06, 1.07, 1.09, 1.10, 1.11, 1.13, 1.14, 1.15, 1.17, 1.18, 1.20, 1.21, 1.23, 1.24, 1.26, 1.27, 1.29, 1.30, 1.32, 1.33, 1.35, 1.37, 1.38, 1.40, 1.42, 1.43, 1.45, 1.47, 1.49, 1.50, 1.52, 1.54, 1.56, 1.58, 1.60, 1.62, 1.64, 1.65, 1.67, 1.69, 1.72, 1.74, 1.76, 1.78, 1.80, 1.82, 1.84, 1.87, 1.89, 1.91, 1.93, 1.96, 1.98, 2.00, 2.03, 2.05, 2.08, 2.10, 2.13, 2.15, 2.18, 2.21, 2.23, 2.26, 2.29, 2.32, 2.34, 2.37, 2.40, 2.43, 2.46, 2.49, 2.52, 2.55, 2.58, 2.61, 2.64, 2.67, 2.71, 2.74, 2.77, 2.80, 2.84, 2.87, 2.91, 2.94, 2.98, 3.01, 3.05, 3.09, 3.12, 3.16, 3.20, 3.24, 3.28, 3.32, 3.36, 3.40, 3.44, 3.48, 3.52, 3.57, 3.61, 3.65, 3.70, 3.74, 3.79, 3.83, 3.88, 3.92, 3.97, 4.02, 4.07, 4.12, 4.17, 4.22, 4.27, 4.32, 4.37, 4.42, 4.48, 4.53, 4.59, 4.64, 4.70, 4.75, 4.81, 4.87, 4.93, 4.99, 5.05, 5.11, 5.17, 5.23, 5.30, 5.36, 5.42, 5.49, 5.56, 5.62, 5.69, 5.76, 5.83, 5.90, 5.97, 6.04, 6.12, 6.19, 6.26, 6.34, 6.42, 6.49, 6.57, 6.65, 6.73, 6.81, 6.90, 6.98, 7.06, 7.15, 7.23, 7.32, 7.41, 7.50, 7.59, 7.68, 7.77, 7.87, 7.96, 8.06, 8.16, 8.25, 8.35, 8.45, 8.56, 8.66, 8.76, 8.87, 8.98, 9.09, 9.19, 9.31, 9.42, 9.53, 9.65, 9.76, 9.88.

Associações entre Resistores

Os resistores são combinados em quatro tipos de associação, sendo elas denominadas de série, paralelo, estrela e triângulo. Estes são diferenciados pela forma da ligação entre eles. Qualquer que seja o tipo da associação, esta sempre resultará numa única resistência total, a qual é normalmente designada por resistência equivalente e sua forma abreviada de escrita é R_eq.

As associações entre resistores podem ser dos quatro tipos:

• Circuitos em série
• Circuito em paralelo
• Circuito em estrela - *
  
• Circuito em triângulo - *

- * Veremos em outro tópico

Circuito em série

A ligação série, ou circuito em série, ou conexão série é uma das formas básicas de se conectarem componentes elétricos ou eletrônicos. A nomeação descreve o método como os componentes são conectados.

Como demonstração, consideremos um circuito simples consistindo de duas lâmpadas e uma bateria de 9 V. Na ligação série, um fio liga um terminal da bateria a um terminal de uma lâmpada, depois o outro terminal desta lâmpada se liga à outra lâmpada e esta se liga no outro terminal da fonte, sendo esta ligação diferente da ligação paralela.

As grandezas que podem ser medidas neste circuito são R, a resistência elétrica (medida em ohms (Ω)); I, a corrente elétrica (medida em ampéres (A), ou coulombs por segundo); e V, a tensão elétrica, medida (medida em volts (V), ou joules por coulomb).

No circuito série, a mesma corrente tem que passar através de todos os componentes em série. Um amperímetro colocado entre quaisquer componentes deste circuito iria indicar a mesma corrente.

Resistência

Um diagrama contendo resistores conectados em série

As resistências são combinadas em dois tipos de associação, são elas denominadas de série ou paralelo. Estes nomes são diferenciados pela forma da ligação entre eles. Qualquer que seja o tipo da associação esta sempre resultará numa única resistência total a qual é também designada por resistência equivalente - e sua forma abreviada de escrita é R_eq ou R_t.

As características seguintes definem uma associação em série para resistores:

• As resistências são associados uma em seguida da outra, sendo percorridos pela mesma corrente.
• A corrente que circula na associação em série é constante para todas as resistências.
• A queda de tensão obtida na associação em série é a soma total de cada resistência.
• A resistência total obtida pela associação em série de resistências é igual à soma das resistências envolvidas.
• A potência total dissipada é igual à soma da potencia dissipada em cada resistência.
• O resistor de maior resistência será aquele que dissipa maior potência.

O resistor equivalente é calculado pela fórmula R_t= R1 + R2 + ... (está formula só é valida para associação de resistências em série) trocando em miúdos o valor da resistência equivalente é a soma dos valores da resistencia. Num circuito onde tenhamos duas resistências sendo R1 com valor de 100 Ohms e R2 com valor de 20 Ohms, portanto o valor da resistência total é de 120 Ohms, utilizando a formula teremos R_t= 100 + 20 Caso haja mais de dois resistores em série basta acrescentar os demais na fórmula e através de uma simples soma obtemos o valor da resistência equivalente:

R_eq = R₁ + R₂ + ... + R_n

OBS: Quando tem outra resistência que divide a corrente, o circuito não é mais em série. Por exemplo: Têm-se duas resistências ligadas seguidas na horizontal e uma ligada ao meio delas na vertical. É válido lembrar que as resistências ligadas não precisam está todas na horizontal ou na vertical, como mostram comumente os modelos nos livros, uma na horizontal e outra na vertical, sem nenhuma outra entre elas também se trata de circuito em série.;

Circuito em paralelo

Exemplo de ligação paralela utilizando resistores

A ligação paralela, ou circuito em paralelo, ou conexão paralela é uma das formas básicas de se conectarem componentes elétricos ou eletrônicos. A nomeação descreve o método como os componentes são conectados.

Como demonstração, consideremos um circuito simples consistindo de duas lâmpadas e uma bateria de 9 V. Na ligação paralela, os terminais positivos das lâmpadas são ligados ao teminal positivo da bateria, e os terminais negativos das lâmpadas são ligados ao negativo da bateriam, sendo esta ligação diferente da ligação série.

As grandezas que podem ser medidas neste circuito são R, a resistência elétrica (medida em ohms (Ω)); I, a corrente elétrica (medida em ampères (A), ou coulombs por segundo); e V, a tensão elétrica, medida (medida em volts (V), ou joules por coulomb).

A tensão é a mesma através de qualquer um dos componentes que estejam conectados em paralelo.

Para encontrar a corrente total, I, podemos utilizar a Lei de Ohm em cada malha, e então somar todas as correntes. (Veja Leis de Kirchhoff para uma explicação detalhada deste fenômeno). Fatorando a voltagem, que é a mesma sobre todos os componentes, nós temos:

Os resistores são talvez os componentes eletrônicos mais utilizados. No entanto, para o iniciante, o código de cores que identifica o valor do resistor muitas vezes é uma incógnita.

Existem muitos tipos de resistores utilizados na eletrônica, porém em sua grande maioria são pequenos demais para se escrever o valor no corpo do mesmo. Desta forma, os fabricantes utilizam de um código de cores, que informa o valor do resistor.

Os resistores menores ainda, que são soldados diretamente na superfície da placa, nem sempre têm o valor impresso no seu corpo, sendo necessário recorrer ao manual técnico do equipamento para saber o valor correto.

Valor e tolerância

Os resistores, a exemplo de qualquer outro componente eletrônico, apresenta pequenas variações na fabricação que fazem com que cada resistor apresente valor diferente do outro mesmo que a aparência seja idêntica e que os valores nominais sejam iguais. Devido a isso, além do valor nominal do resistor, na superfície do mesmo vem impressa a tolerância, ou seja, quanto o valor daquele resistor pode variar acima e abaixo do valor nominal. Os resistores mais comuns são fabricados dentro da com tolerância de 5 ou 10% e possuem 4 faixas coloridas, enquanto os resistores mais precisos, com tolerância de 2, 1% ou menos, são marcados com 5 faixas coloridas para permitir um dígito a mais de precisão.

Como ler um resistor de 4 faixas

Para ler um resistor de 4 faixas coloridas deve-se prestar atenção ao seguinte: há uma cor que está mais próxima do extremo. Esta é a primeira cor a ser considerada na leitura

A primeira cor deste extremo representa o primeiro dígito do valor. A segunda cor representa o segundo dígito. A terceira cor representa o fator multiplicativo. Por exemplo:

• Marrom = 1

• Preto = 0

• Vermelho = 2

O valor deste resistor será 1000W, onde os dois últimos zeros são referentes ao fator multiplicativo, ou seja, a quantidade de zeros ao final do valor.

Como ler um resistor de 5 ou 6 faixas

Quando o resistor é de precisão, apresenta 5 faixas coloridas. Como a última faixa destes resistores normalmente é marrom ou vermelha, pode haver uma confusão a respeito de onde é o lado certo para iniciar a leitura, já que a primeira faixa que representa o valor do resistor também pode ser marrom ou vermelha. Sendo assim, a exemplo do resistor de 4 listras coloridas, o melhor fazer é observar a faixa que está mais próxima do extremo do resistor. Esta será a primeira faixa, por onde se deve iniciar a leitura. Outra dica é verificar a faixa que está mais afastada das outras. Esta é a última faixa de cor.

A leitura nestes resistores é semelhante à dos resistores com 4 cores, mas é adicionada mais uma cor no início, fazendo existir mais um algarismo significativo na medição. Assim, os três primeiros dígitos são os algarismos significativos, o que confere maior precisão na leitura. O quarto é o elemento multiplicador. O quinto dígito é a tolerância e o sexto dígito (quando existir) fará referência ao coeficiente de temperatura, ou seja, como a resistência varia de acordo com a temperatura ambiente. Este último valor é dado em PPM (partes por milhão).

Tabela de cores

A tabela de cores dos resistores pode ser vista abaixo.

Fig. 1 - Código de resistores

Resistores SMD

À medida que o tempo passa, menores são os equipamentos e, naturalmente, os componentes internos também acompanham esta diminuição do tamanho. Hoje, dentro desta filosofia, são encontrados facilmente resistores SMD nos aparelhos eletrônicos. Estes resistores são soldados na superfície da placa e, por serem muito pequenos, possuem números impressos no corpo, obedecendo à mesma idéia de contagem, porém com números ao invés de cores.

As redes de resistores (vários resistores dentro de um mesmo encapsulamento) também obedecem a esta metodologia.

Fig. 2 - Rede de resistores e resistor SMD