Legge di Ohm, potenza dei resistori e codice colori

La legge di Ohm

Per un resistore, la tensione V in volt, la corrente I in ampere e la resistenza R in ohm (Ω) sono legate da

V = I × R

che si può riscrivere come I = V / R e R = V / I. Tracciando la corrente in funzione della tensione, un resistore ideale dà una retta passante per l'origine, e la sua pendenza è 1 / R. I resistori reali seguono la legge con buona approssimazione, a parte piccoli effetti come il riscaldamento.

Esempio: un resistore da 100 Ω alimentato a 5 V è percorso da I = 5 / 100 = 0,05 A = 50 mA.

Potenza in un resistore

Tutta la potenza elettrica in un resistore diventa calore. Con la legge di Ohm, la potenza ha tre forme equivalenti:

P = V × I = I² × R = V² / R

Si usa quella che corrisponde alle due grandezze note. Il resistore da 100 Ω a 5 V dissipa 5² / 100 = 0,25 W. Ogni resistore ha una potenza nominale, come 1/8 W, 1/4 W, 1/2 W o 1 W. Se la potenza dissipata supera il valore nominale, il resistore si surriscalda e può bruciare. Una buona pratica è lasciare un margine di almeno un fattore due.

Esempio: 12 V su 470 Ω danno I = 25,5 mA e P = 12² / 470 = 0,31 W. Un resistore da 1/4 W qui è sovraccarico, quindi si sceglie un componente da 1/2 W.

Serie e parallelo

In serie, la stessa corrente attraversa tutti i resistori, le resistenze si sommano e la tensione si divide in proporzione:

R_totale = R1 + R2 + R3

In parallelo, la stessa tensione è ai capi di tutti i resistori, le conduttanze si sommano:

1 / R_totale = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3

Per due resistori si ha R_totale = R1 × R2 / (R1 + R2). Il risultato è sempre minore del ramo più piccolo.

Esempio: 220 Ω e 330 Ω in serie danno 550 Ω, e in parallelo danno 220 × 330 / 550 = 132 Ω.

Esempio di partitore di tensione: 100 Ω e 220 Ω in serie a 9 V. La corrente è 9 / 320 = 28,1 mA. Le tensioni sono 2,81 V e 6,19 V, e le dissipazioni sono 79 mW e 174 mW.

Leggere il codice colori a quattro bande

I resistori piccoli sono marcati con bande colorate. In un resistore a quattro bande le prime due bande sono cifre, la terza è un moltiplicatore e la quarta è la tolleranza. La banda di tolleranza è leggermente distanziata dalle altre, quindi si comincia a leggere dall'estremità opposta.

Valori delle cifre (il moltiplicatore è 10 elevato a questo numero):

• Nero 0, marrone 1, rosso 2, arancione 3, giallo 4
• Verde 5, blu 6, viola 7, grigio 8, bianco 9

Moltiplicatori aggiuntivi: oro ×0,1, argento ×0,01.

Bande di tolleranza:

• Marrone ±1 %, rosso ±2 %, verde ±0,5 %, blu ±0,25 %, viola ±0,1 %, grigio ±0,05 %
• Oro ±5 %, argento ±10 %, e l'assenza di banda di tolleranza significa ±20 %

Esempi:

• Marrone, nero, marrone, oro: 10 × 10 = 100 Ω ±5 %
• Giallo, viola, rosso, oro: 47 × 100 = 4,7 kΩ ±5 %
• Arancione, arancione, marrone, argento: 33 × 10 = 330 Ω ±10 %

Codice a cinque bande e tolleranza

I resistori di precisione hanno cinque bande: tre cifre, poi un moltiplicatore, poi una tolleranza, tipicamente marrone (±1 %) o rosso (±2 %). La cifra in più consente valori come 56,2 kΩ.

• Marrone, nero, nero, nero, marrone: 100 × 1 = 100 Ω ±1 %
• Verde, blu, rosso, rosso, marrone: 562 × 100 = 56,2 kΩ ±1 %

La tolleranza è lo scostamento ammesso del valore reale da quello marcato. Un resistore da 100 Ω ±5 % può misurare qualsiasi valore tra 95 Ω e 105 Ω. A 5 V lascia passare tra 47,6 mA e 52,6 mA. Si usano componenti all'1 % o migliori dove il valore esatto conta, come nei partitori e nei circuiti di precisione; il 5 % basta per la limitazione di corrente e per i resistori di pull-up.

Esempio svolto

Serve un resistore in serie per far passare 20 mA in un LED con una caduta di 2 V da un'alimentazione a 9 V.

1. Tensione ai capi del resistore: 9 − 2 = 7 V. 2. Resistenza: R = 7 / 0,020 = 350 Ω. I valori standard E24 più vicini sono 360 Ω, che dà 19,4 mA, e 330 Ω (arancione, arancione, marrone, oro), che dà 21,2 mA. 3. Potenza: P = 7² / 350 = 0,14 W, oppure 0,15 W per 330 Ω. Un resistore da 1/4 W è appena sufficiente con un margine di circa 1,7, e uno da 1/2 W è più sicuro.

Se l'alimentazione fosse a 24 V, gli stessi 20 mA richiederebbero (24 − 2) / 0,02 = 1100 Ω e dissiperebbero 22² / 1100 = 0,44 W, quindi si sceglie un resistore da 1 W per mantenere un margine.

Provalo nel simulatore del resistore

Il simulatore del resistore mostra un resistore 3D con Resistenza, Potenza massima, Tolleranza e Tensione CC applicata come ingressi. I valori predefiniti sono 100 Ω, 5 %, 0,25 W e 5 V. I valori in tempo reale mostrano Caduta di tensione, Attuale, Dissipazione di potenza e Temperatura corporea stimata, e un grafico tensione–corrente traccia la retta della legge di Ohm con linee tratteggiate per i limiti di tolleranza inferiore e superiore. Un pannello mostra il codice colori a quattro bande per la resistenza e la tolleranza scelte.

• Con i valori predefiniti dovresti leggere 50 mA e 0,25 W, esattamente al valore nominale.
• Porta la tensione a 6 V: 60 mA e 0,36 W, e un avviso di funzionamento segnala che la potenza dissipata supera il valore nominale di 0,25 W.
• Cambia la Resistenza in 4700 Ω, con Tolleranza 5 %, e verifica il codice colori con giallo, viola, rosso, oro della tabella sopra.
• Cambia la Tolleranza in 10 % e osserva le linee tratteggiate del grafico allargarsi e l'ultima banda diventare argento.

Il codice colori mostrato è solo la versione a quattro bande, con la banda di tolleranza più vicina scelta per la Tolleranza che hai impostato. Il codice a cinque bande è trattato solo in questa guida.

Provalo nel simulatore