La resistenza ( o resistore che dir si voglia) è un componente fondamentale per qualsiasi circuito elettrico/elettronico, limita il passaggio della corrente opponendo una certa resistenza al flusso degli elettroni che scorrono attraverso di essa.
Se colleghiamo 2 o più resistenze in serie il valore delle singole resistenze si somma quindi il valore della resistenza totale sarà:
R1+R2=RT
100+100= 200 Ω
Se colleghiamo 2 resistenze in parallelo il loro valore sarà:
R1 X R2 RT = ---------- R1 + R2
Vedi immagine sotto:
Ragioniamo su un esempio per veicolare meglio l'utilizzo pratico di una resistenza, se vogliamo accendere un led che lavora con una tensione di utilizzo di 1.8 Volt e una corrente d'assorbimento di 15 mA usando come generatore una pila da 9 Volt.
Per diminuire la tensione da 9 Volt a 1.8 V dobbiamo ottenere una caduta di tensione di:
9 - 1.8 = 7.2 Volt
Per calcolare la resistenza da applicare al nostro circuito serve l'aiuto di Georg Simon Alfred Ohm e la legge di cui è padre ovvero la legge di Ohm quindi usiamo la seguente formula:
R=V/I Scomponiamo le lettere della formula e vediamone i dettagli:
R= Resistenza, la cui unità di misura sono gli Ohm indicati ed abbreviati con la lettera greca Omega Ω
V= Differenzia di potenziale di un generatore elettrico, la cui unità di misura sono i Volt abbreviati in V ( MAIUSCOLA )
I= Intensità di corrente, la cui unità di misura sono gli Ampere abbreviati in A ( MAIUSCOLA )
Quindi 7.2V/15 = 480 Ohm
Ricordiamoci che tutte le unità di misura hanno multipli e sottomultipli quindi 15ma EQUIVALGONO A 0.015 Ampere.
Quindi la resistenza da applicare al nostro circuito sarà di 480 Ω. Visto che le resistenze hanno dei valori standard usando la tabella che trovate sotto vediamo che il valore più simile è 470 Ohm, per ottenere 480 Ω molto semplicemente aggiungiamo in serie una resistenza da 10 Ohm.
Resistenze in serie: RT = R1 + R2 470+10=480 Ω
Facciamo un altra ipotesi usando lo stesso led e pila vogliamo usare delle resistenze in parallelo, quindi per ottenere il valore totale di 480 Ω usiamo la formula:
R1 X R2 X R3 X R4 X R5 RT = ------------------------------ R1 + R2 + R3 + R4 + R5
1800*1800*2200*3900*3900
1800+1800+2200+3900+3900
RT 481.121495 Ohm Il risultato è di poco superiore hai 480 Ω teorici quindi non c'è problema ma ricordiamoci che il led è un diodo a giunzione e rispetto ad una normalissima lampadina a filamento produce luce solo se la tensione d'alimentazione posta hai suoi capi riesce ad innescarne il fenomeno, quindi se usiamo un valore resistivo troppo alto la tensione d'alimentazione ai capi del led sarà troppo bassa e il led non si accederà.
Inoltre e bene ricordare che le resistenze devono essere dimensionate per sopportare la corrente che scorre su di esse e oltre al valore ohmico hanno un valore espresso in Watt W.
Negli esempi sopra riportati la corrente in gioco è molto bassa ma in alcuni casi le correnti possono essere elevate, inoltre le resistenze a volte sono collocate in zone molto calde quindi il rischio di guasti aumenta.
Un consiglio semplice ed efficace: usate dei valori di potenza superiori a quelli teorici ( se vi è possibile del doppio ) e in casi di condizioni di lavoro in zone particolarmente calde o disagiate ( accumulo di sporco e/o polvere ) raffreddatele con una o più ventole e/o alette di raffreddamento.
Vediamo un po di teoria sulla potenza delle resistenze, valore espresso in Watt W.
Usiamo la legge di Ohm che riguarda la potenza:
P = V * I
Scomponiamo le lettere che la compongo e vediamone i dettagli:
P = Potenza espressa in W
V= Differenzia di potenziale di un generatore elettrico, la cui unità di misura sono i Volt abbreviati in V ( MAIUSCOLA )
I= Intensità di corrente, la cui unità di misura sono gli Ampere abbreviati in A ( MAIUSCOLA )
1.8 X 0.015 = 0.027 W quindi una resistenza da 1/4 di W è più che sufficiente.
Ok abbiamo capito come funzionano le resistenze sotto trovate alcuni link inerenti l'argomento che possono tornarvi utili:
La resistenza determina l'intensità della corrente che fluisce attraverso il circuito, ai cui capi è applicata una differenza di potenziale.
Con il termine resistenza R si definisce il rapporto fra la tensione agli estremi di un conduttore e l'intensità della corrente I che fluisce al suo interno.
R = V / I Scomponiamo le lettere della formula e vediamone i dettagli:
R= Resistenza, la cui unità di misura sono gli Ohm indicati ed abbreviati con la lettera greca Omega Ω
V= Differenzia di potenziale di un generatore elettrico, la cui unità di misura sono i Volt abbreviati in V ( MAIUSCOLA )
I= Intensità di corrente, la cui unità di misura sono gli Ampere abbreviati in A ( MAIUSCOLA )
Un ohm è la resistenza elettrica fra due punti di un conduttore, attraverso il quale passa una corrente di 1 ampere quando gli viene applicata una differenza di potenziale di 1 volt.
Valgono le seguenti relazioni, espresse nella legge di Ohm a temperatura costante
R = V / I V = R·I I = V / R
Prima legge di Ohm: In un conduttore metallico l'intensità di corrente a temperatura costante è direttamente proporzionale alla tensione applicata ai suoi capi e inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore.
Seconda Legge di Ohm: Resistività
La resistenza di un conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza e inversamente proporzionale alla sua sezione.
Quindi la resistenza di un filo di rame dipende dalla sua lunghezza, dalla sua sezione e dalla resistenza innata del materiale di cui è fatto ovvero la resistività.
La resistività dei materiali conduttori si desume da apposite tabelle come quella che trovate sotto, altra cosa importante tutti i ragionamenti fatti in questa sezione considerano una temperatura costante di 20 °C.
R = p * ( l / S ) Scomponiamo le lettere della formula e vediamone i dettagli:
R = Resistenza, la cui unità di misura sono gli Ohm indicati ed abbreviati con la lettera greca Omega Ω
p = Resistività del materiale che si desume dalla tabella sopra
l = Lunghezza del conduttore
S = Sezione del conduttore
Prendiamo per esempio un filo di rame di sezione 1.5 mm2 e lunghezza 10 metri, la sua resistenza sarà:
I condensatori sono componenti elettronici che hanno la capacità di immagazzinare energia elettrica.
Essi si caricano allo stesso valore della sorgente di alimentazione, raggiunta la carica essa viene mantenuta per un lasso di tempo anche in assenza di un collegamento al generatore fino a quando i terminali non vengono collegati ad una resistenza o posti in corto-circuito, questo tempo non è illimitato perché i condensatori come le batterie si auto scaricano.
I condensatori sono essenzialmente costituiti da due armature metalliche isolate tra di loro. La capacità è direttamente proporzionale alla superficie delle armature e dal valore della costante dielettrica dell'isolante usato ed inversamente proporzionale alla loro distanza.
Il dielettrico è l'isolante tra le armature e può essere liquido, solido o gassoso, i materiali usati con più frequenza sono la mica, ceramica, film plastico, carta e l'aria che non è un materiale ma un ottimo isolante.
Il valore della capacità di un condensatore viene indicato sul corpo del condensatore con un valore espresso in Farad (F). Visto che il Farad inteso come Un Farad/1 Farad è valore molto grande di solito viene indicato con dei sottomultipli.
Altro valore importante e la tensione di lavoro ( VL ) . La tensione di lavoro dipende dal tipo e dallo spessore del dielettrico e rappresenta il valore di tensione massima a cui può essere sottoposto il condensatore. Se si supera la tensione di lavoro il dielettrico può forarsi determinando perdite o un cortocircuito tra le armature e il condensatore può esplodere.
I condensatori se vengono collegati in parallelo danno una capacità totale che è la somma delle singole capacità calcolata con la seguente formula: CT=C1+C2+C3 Scomponiamo le lettere della formula e vediamone i dettagli:
CT = Capacità totale valore espresso in Farad
C1 = Capacita Condensatore 1 valore espresso in Farad
C2 = Capacita Condensatore 2 valore espresso in Farad
C3 = Capacita Condensatore 3 valore espresso in Farad
1) Quando si fanno calcoli con i condensatori in serie ricordiamoci che la capacità totale sarà sempre inferiore alla capacità del singolo condensatore per il valore più basso.
2) La formula ragiona prendendo come unità di misura il Farad se abbiamo dei multipli o sottomultipli dobbiamo uniformare i valori al Farad come nel caso sopra con 3 condensatori da un microfarad.
INDUTTORE
Un induttore non è altro che un filo di materiale conduttore (generalmente rame) isolato ed arrotolato intorno ad aria o ad un nucleo ferroso.
Come si comporta un induttore.
Ogni volta che passa corrente si genera un campo magnetico intorno a quel filo, arrotolando il filo in una bobina, il campo magnetico prodotto dal filo si somma per tutte le spire e si concentra all'interno della bobina. Più corrente passa per il filo, più potente diventa il campo magnetico che passa per la bobina. Mettendo un nucleo ferroso all'interno della bobina, la potenza del campo magnetico aumenta esponenzialmente, a parità di tensione/corrente/spire, data la maggiore permeabilità magnetica del ferro.
A cosa serve?
Creando un campo magnetico si usa dell'energia, che rimane accumulata nel campo magnetico stesso, in attesa di potersi scaricare. Il principio di funzionamento dell'induttore sta nel fatto che il campo magnetico si stabilizza al passaggio di una certa corrente attraverso il filo, se la corrente aumenta il campo magnetico prodotto dalla bobina aumenterà di intensità, mentre se la corrente diminuisce l'effetto è opposto, il campo magnetico intorno alla bobina sarà più potente e verrà trasformato in energia elettrica. Di fatto quindi viene stoccata dell'energia sotto forma di campo magnetico, come un condensatore, ma in modo diametralmente opposto. Un condensatore si oppone ai cambiamenti di tensione ai suoi capi, assorbendo energia se la tensione si alza e rilasciando energia se si abbassa (difatti vengono utilizzati per stabilizzare gli alimentatori), mentre un induttore si oppone al cambiamento della corrente.
Un induttore, se messo in serie con un carico che assorbe una certa corrente, durante il funzionamento in continua agirà semplicemente come una resistenza da pochi ohm, mentre se, ad esempio, il carico dovesse assorbire meno, l'induttore scaricherebbe tutta la sua energia magnetica accumulata in energia elettrica, generando un innalzamento della tensione, e di conseguenza portando il carico ad assorbire la corrente che assorbiva prima (secondo la legge di ohm, se si alza la resistenza la corrente si abbassa, ma con la stessa resistenza aumentando la tensione la corrente si alza). Quindi di fatto un induttore altera la tensione, per mantenere costante la corrente che gli passa attraverso, ovviamente l'effetto non dura per sempre, dopo un po il surplus di campo magnetico si esaurisce e l'induttore si stabilizza.
La quantità di energia che un induttore può stoccare si misura in Henry (e sottomultipli) quindi l'Henry abbreviato H è l'unità di misura dell'induttanza.
Anche qui di solito si lavora con i sottomultipli:
mH (milliHenry 1/1000 1x10E-3 H)
uH (microHenry 1/1000000 1x10E-6 H)
Riassumendo...
Grandezza: Induttanza
Simbolo: L
Unità di misura: Henry
Unita di misura abbreviata: H
Foto di alcuni induttori
Simbolo elettrico dell'induttore
Filtri passivi
I filtri passivi sono composti da comuni resistenze, condensatori e induttori. Sono classificati nelle seguenti tipologie:
Passa Basso permette di far passare solo le basse frequenze.
Passa Alto permette di far passare solo le frequenze alte.
Passa Banda permette il passaggio di una determinata porzione di frequenze.
Elimina banda elimina una determinata porzione di frequenze.
I sopraccitati possono essere costruiti con 3 tipologie di architetture diverse:
L
T
Pi greco
Reattanza capacitiva La corrente elettrica, che un condensatore fa scorrere nel circuito in cui è inserito, può essere valutata se si tiene conto della grandezza fisica che caratterizza i condensatori collegati ovvero la caratteristica di opporsi al flusso delle corrente alternate.
Tale entità prende il nome di reattanza capacitiva, si misura in ohm e si indica con la sigla Xc.
Ma che cos'è in realtà questa reattanza capacitiva? Per reattanza di un condensatore si intende la misura dell'impedimento che il componente oppone al passaggio della corrente, allorché sui suoi terminali è applicata una tensione alternata. Tale grandezza elettrica si esprime attraverso la seguente formula:
Xc = 1 / (2 π f C)
Scomponiamo le lettere che la compongo e vediamone i dettagli: 2 Pigreco o per comodità se preferite 3.14X2= 6.28
f ( Minuscolo ) Frequenza della corrente alternata espressa in Hz
Facciamo un esempio per veicolare meglio la formula usando un generatore in corrente alternata con in serie un condensatore da 4.7 uF
Xc = 1/ ( 6,28 x 50 x 0,000.004.7) = 667,5 ohm
Ricordiamoci che le unità di misura che la formula considera per la capacità del condesatore è il Farad quindi dobbiamo convertire 4.7 uF:
Quando una corrente elettrica alternata attraversa una bobina questa si avvolge in un campo elettromagnetico variabile, ovvero di una serie di linee di forza magnetiche concatenate con la bobina stessa.
Le quali auto inducono una forza elettromotrice che va sotto il nome di "tensione autoindotta" questa tensione assume un verso contrario a quello della tensione che la ha generata, rivelandosi come una forza di resistenza al passaggio della corrente elettrica.
Tale resistenza che nulla ha a che vedere con quella ohmmica assume il nome di "reattanza induttiva" indicata con XL e si calcola con la seguente formula:
XL = 2 x π x f x L
Scomponiamo le lettere della formula e vediamone i dettagli:
2 Pigreco per comodità se preferite 3.14X2= 6.28
f ( Minuscolo ) Frequenza della corrente alternata espressa in Hz
L Induttanza unita si misura henry (H Maiuscolo)
Facciamo un esempio per veicolare meglio la formula usando un generatore in corrente alternata con in serie un induttanza da condensatore da 10H
Le leggi di Kirchhoff regolano le correnti e le differenze di potenziale in un circuito elettrico. Furono formulate e sperimentalmente convalidate dal fisico tedesco Gustav Kirchhoff nel 1845.
Ricordiamo di seguito alcune aspetti fondamentali nella rappresentazione dei circuiti elettrici che ci saranno utili per enunciarle:
1) Un circuito elettrico è un qualsiasi percorso chiuso costituito da uno o più fili di materiale conduttore.
2) Gli elementi geometrici distintivi di un circuito elettrico sono tre: i nodi, i rami e le maglie.
I nodi sono punti del circuito in cui confluiscano almeno tre elementi di filo conduttore.
I rami sono i tratti di filo conduttore che collegano i nodi.
Le maglie sono percorsi chiusi individuati all'interno di un circuito.
Con riferimento alla figura sopra, il circuito è formato dai segmenti neri.
I nodi sono i punti BB e FF.
In blu, rosso e verde sono evidenziate le maglie.
I rami sono BAFBAF, BGFBGF e BCDEFBCDEF.
1° Principio di Kirchhoff enuncia che la somma delle correnti entranti in un nodo è pari alla somma delle correnti uscenti. Questo significa che la somma delle correnti entranti e di quelle uscenti in un nodo deve essere pari a zero.
Per veicolare meglio il concetto vi propongo un esempio idraulico, supponiamo di avere un raccordo idraulico a forma di Y il flusso di acqua entrante si divide a metà, quindi la somma dei 2 flussi uscenti sarà uguale al flusso entrante.
Riproponendo il circuito idraulico in uno schema elettrico composto da 3 resistente, deduciamo che la somma delle correnti uscenti è uguale alla corrente entrante.
Per semplificare il concetto i valori di R2 e R3 sono la metà di R1 ad ogni modo se fossero dei valori diversi il concetto non cambia.
Valvole termoioniche
Le valvole o tubi a vuoto sono ampolle in vetro che al loro interno presentano 2 o 3 sezioni nelle configurazioni più semplici, successivamente prenderemo in considerazione le versioni più complesse.
1) Anodo o Placca
2) Catodo o Filamento
3) Griglia
Costruttivamente simile ad una lampadina ad incandescenza, non è altro che un involucro di vetro ( in alcuni modelli in metallo o di ceramica ) nel quale è stato creato il vuoto.
Al suo interno è presente un filamento metallico ( Catodo ) che viene riscaldato ad una temperatura tra i 1.000 ed i 3.000 °C facendolo attraversare da una corrente elettrica.
Più la temperatura è alta maggiore sarà l'emissione elettronica. La maggior parte dei metalli fonde prima di raggiungere una temperatura adatta ad una robusta emissione. Il tungsteno costituisce un'eccezione in quanto fornisce una buona emissione a 2300-2500 gradi e fonde a 3380 gradi centigradi.
Una temperatura di emissione tanto elevata lo rende brillante come una lampadina difatti erano così le prime valvole.
In seguito scoprirono che rivestendo il filamento di tungsteno con un ossido di bario o di stronzio che fornisce una buona emissione già a 700 gradi si riusciva ad ottenere lo stesso risultato a temperature inferiori, da allora la luminescenza dei filamenti si è ridotta ad un colore arancione.
Applicando una differenza di potenziale positiva ( il catodo è a potenziale inferiore a quello dell’anodo ) tra anodo e catodo avviene un migrazione di elettroni dal catodo verso l'anodo.
Ricordiamoci che la corrente continua ha un flusso dal polo negativo verso il positivo anche se per convenzione e/o analogismi idraulici spesso viene indicato l'esatto contrario.
Diodo
L'anodo e il catodo vengono polarizzati a due potenziali diversi applicando una tensione hai capi degli stessi e il catodo viene riscaldato, quindi avviene un emissione di elettroni che sono particelle di carica negativa.
Quando l'anodo è polarizzato ad un potenziale più positivo rispetto al catodo gli elettroni emessi dal catodo vengono raccolti dall'anodo, creando così un flusso di cariche ovvero una corrente elettrica.
Se invece l'anodo è polarizzato ad un potenziale negativo rispetto al catodo non si ha più flusso di cariche dal momento che gli elettroni emessi da catodo sono respinti dall'anodo.
Il tubo permette quindi alla corrente di scorrere solamente lungo un verso quindi avviene il raddrizzamento elettrico.
Triodo
Aggiungendo una griglia tra il catodo e l'anodo si ottiene il triodo, la griglia di solito è costituita da un filo avvolto a spirale o da una rete interposta nello spazio intorno al catodo in grado se opportunamente polarizzata di controllare il flusso di elettroni tra catodo e anodo.
Polarizzata negativamente rispetto al catodo, respinge gli elettroni tanto più quanto più è polarizzata negativamente, fino alla tensione di cut-off in cui la corrente è zero.
Quindi variando la tensione della griglia si può controllare il flusso di corrente fra anodo e catodo, da zero fino al massimo che la valvola consente ovvero il raggiungimento del punto di saturazione.
Una piccola variazione di tensione sulla griglia provoca una notevole variazione della corrente anodo-catodo ottenendo un'amplificazione.
I triodi sono usati principalmente per l'amplificazione audio a basso livello (preamplificazione). Non vengono usati in radiofrequenza per le elevate capacità parassite che presentano in particolare tra griglia e anodo.