Les résistances sont les composants électroniques les plus fondamentaux et les plus couramment utilisés, au point qu’elles sont presque considérées comme allant de soi, mais elles jouent un rôle vital au sein d’un circuit.

Il existe de nombreux types de résistances que le constructeur électronique peut choisir, allant des très petites résistances à montage en surface jusqu’aux grandes résistances à fil enroulé.

Le principal rôle d’une résistance dans un circuit électrique ou électronique est de “résister” (d’où le nom de résistance), de réguler ou de définir le flux d’électrons (courant) qui les traverse en utilisant le type de matériau conducteur dont elles sont composées. Les résistances peuvent également être connectées ensemble en différentes combinaisons en série et parallèle pour former des réseaux de résistances qui peuvent agir comme des abaisseurs de tension, des diviseurs de tension ou des limiteurs de courant dans un circuit.

Une Résistance Typique

Les résistances sont ce que l’on appelle des « dispositifs passifs », c’est-à-dire qu’elles ne contiennent ni source d’énergie ni amplification mais n’atténuent ou réduisent que le signal de tension ou de courant qui les traverse. Cette atténuation entraîne une perte d’énergie électrique sous forme de chaleur, car la résistance s’oppose au flux d’électrons.

Une différence de potentiel est nécessaire entre les deux bornes d’une résistance pour que le courant puisse circuler. Cette différence de potentiel compense l’énergie perdue. Lorsqu’elles sont utilisées dans des circuits DC, la différence de potentiel, également connue sous le nom de chute de tension de résistance, est mesurée aux bornes lorsque le courant du circuit traverse la résistance.

La plupart des types de résistances sont des dispositifs linéaires qui produisent une chute de tension à travers eux lorsque un courant électrique les traverse, car ils obéissent à la loi d’Ohm, et différentes valeurs de résistance produisent différentes valeurs de courant ou de tension. Cela peut être très utile dans les circuits électroniques en contrôlant ou en réduisant soit le flux de courant soit la tension produite à travers eux, permettant ainsi de créer un convertisseur tension-courant et courant-tension.

Il existe des milliers de types de résistances différents et elles sont produites sous une variété de formes, car leurs caractéristiques et précisions particulières conviennent à certains domaines d’application, tels que la haute stabilité, haute tension, haute courant, etc., ou sont utilisées comme résistances à usage général où leurs caractéristiques posent moins de problèmes.

Certaines des caractéristiques courantes associées à la résistance humble incluent : Coefficient de Température, Coefficient de Tension, Bruit, Réponse en Fréquence, Puissance ainsi que les Classements de Température, Taille Physique et Fiabilité des résistances.

Dans tous les schémas de circuits électriques et électroniques, le symbole le plus couramment utilisé pour une résistance à valeur fixe est celui d’une ligne en “zig-zag” avec la valeur de sa résistance indiquée en Ohms, Ω. Les résistances ont des valeurs de résistance fixes allant de moins d’un ohm, ( <1Ω ) jusqu’à plusieurs dizaines de millions d’ohms, ( >10MΩ ).

Les résistances fixes n’ont qu’une seule valeur de résistance, par exemple 100Ω, mais les résistances variables (potentiomètres) peuvent fournir un nombre infini de valeurs de résistance entre zéro et leur valeur maximale.

Symboles Standards de Résistance

Le symbole généralement utilisé dans les schémas et dessins électriques pour une résistance peut être soit une ligne de type « zig-zag », soit un rectangle.

Toutes les résistances à valeur fixe modernes peuvent être classées en quatre grands groupes :

• Résistance en Carbone – Fabriquées à partir de poussière de carbone ou de pâte de graphite, valeurs de faible puissance
• Résistance Film ou Cermet – Fabriquées à partir de pâte de métal oxydé conducteur, valeurs de très faible puissance
• Résistance à Fil Enroulé – Corps métalliques pour montage sur dissipateur thermique, évaluations de puissance très élevées
• Résistance Semiconducteur – Technologie de film mince à montage en surface de haute fréquence/précision

Types de Composition de Résistance

Les Résistances en Carbone sont le type le plus courant de Résistances de Composition. Les résistances en carbone sont des résistances à usage général bon marché utilisées dans les circuits électriques et électroniques. Leur élément résistant est fabriqué à partir d’un mélange de poussière de carbone finement broyée ou de graphite (semblable au plomb de crayon) et d’une poudre céramique non conductrice (argile) pour tout lier.

Résistance en Carbone

Le rapport de poussière de carbone à céramique (conducteur à isolant) détermine la valeur résistive globale du mélange et plus le rapport de carbone est élevé, plus la résistance globale est faible. Le mélange est moulé en forme cylindrique avec des fils ou des conducteurs métalliques reliés à chaque extrémité pour fournir la connexion électrique, comme illustré, avant d’être recouvert d’un matériau isolant extérieur et de marquages codés par couleur pour indiquer sa valeur résistive.

Résistance en Carbone

La Résistance Composite en Carbone est une résistance de type puissance de faible à moyen qui possède une faible inductance, ce qui les rend idéales pour des applications à haute fréquence, mais elles peuvent également souffrir de bruit et de stabilité lorsqu’elles sont chaudes. Les résistances composites en carbone sont généralement préfixées par une notation “CR” (ex. CR10kΩ ) et sont disponibles dans des packages E6 ( ± 20% tolérance (précision) ), E12 ( ± 10% tolérance) et E24 ( ± 5% tolérance) avec des évaluations de puissance allant de 0.250 ou 1/4 de Watt jusqu’à 5 Watts.

Les types de résistance composite en carbone sont très bon marché à fabriquer et donc couramment utilisés dans les circuits électriques. Cependant, en raison de leur processus de fabrication, les résistances en carbone ont des tolérances très élevées donc pour des résistances plus précises et de haute valeur, on utilise plutôt des résistances de type film.

Résistances de Type Film

Le terme générique Résistance de Film englobe les types de résistances Métal Film, Carbone Film et Métal Oxide Film, qui sont généralement fabriqués en déposant des métaux purs, tels que le nickel, ou un film d’oxyde, tel que l’oxyde d’étain, sur une tige ou un substrat céramique isolant.

Résistance de Film

La valeur résistive de la résistance est contrôlée en augmentant l’épaisseur souhaitée du film déposé, ce qui leur vaut les noms de « résistances à film épais » ou « résistances à film mince ». Une fois déposée, un laser est utilisé pour couper un motif de type hélice spirale de haute précision dans ce film. La découpe du film a pour effet d’augmenter le chemin conductif ou résistant, un peu comme prendre une longue longueur de fil droit et la former en une bobine.

Cette méthode de fabrication permet d’obtenir des résistances avec des tolérances beaucoup plus proches (1% ou moins) par rapport aux types de composition en carbone plus simples. La tolérance d’une résistance est la différence entre la valeur préférée (c’est-à-dire, 100 ohms) et sa valeur réelle fabriquée c’est-à-dire 103.6 ohms, et est exprimée en pourcentage, par exemple 5%, 10%, etc. Dans notre exemple, la tolérance réelle est de 3.6%. Les résistances de type film atteignent également une valeur ohmique maximale beaucoup plus élevée par rapport aux autres types, avec des valeurs supérieures à 10MΩ (10 millions Ohms) disponibles.

Résistance de Film

Les Résistances à Film Métallique ont une bien meilleure stabilité thermique que leurs équivalents en carbone, un bruit plus faible et sont généralement meilleures pour des applications à haute fréquence ou radiofréquence. Les Résistances Métal Oxyde ont une meilleure capacité à gérer des courants de pointe avec une évaluation de température beaucoup plus élevée que les résistances métalliques équivalentes.

Un autre type de résistance de film couramment connu sous le nom de Résistance à Film Épais est fabriqué en déposant une pâte conductrice beaucoup plus épaisse de CERamique et de METal, appelée Cermet, sur un substrat céramique en alumine. Les résistances Cermet ont des propriétés similaires aux résistances métalliques et sont généralement utilisées pour fabriquer de petites résistances à montage en surface, des réseaux multi-résistances dans un seul package pour circuits imprimés et des résistances à haute fréquence. Elles ont une bonne stabilité thermique, un faible bruit et de bonnes évaluations de tension mais de faibles propriétés de courant de pointe.

Les Résistances à Film Métallique sont préfixées par une notation “MFR” (ex. MFR100kΩ) et une CF pour les types de film en carbone. Les résistances à film métallique sont disponibles dans des packages E24 (tolérances de ±5% et ±2%), E96 (tolérance de ±1%) et E192 (tolérances de ±0.5%, ±0.25% et ±0.1%) avec des évaluations de puissance de 0.05 (1/20ème) de Watt jusqu’à 1/2 Watt. En général, les résistances de film et particulièrement les résistances à film métallique sont des composants de précision à faible puissance.

Types de Résistance à Fil Enroulé

Un autre type de résistance, appelé Résistance à Fil Enroulé, est fabriqué en enroulant un fin fil en alliage métallique (Nichrome) ou un fil similaire sur un support en céramique isolant en forme de spirale hélicoïdale, similaire à la résistance de film ci-dessus.

Résistance à Fil Enroulé

Ces types de résistance ne sont généralement disponibles qu’en valeurs de faible ohmique de haute précision (de 0.01Ω à 100kΩ) en raison du calibre du fil et du nombre de tours possibles sur le support, ce qui les rend idéales pour une utilisation dans des circuits de mesure et des applications de pont de Wheatstone.

Ils sont également capables de supporter des courants électriques beaucoup plus élevés que d’autres résistances de la même valeur ohmique avec des évaluations de puissance supérieures à 300 Watts. Ces résistances de haute puissance sont moulées ou pressées dans un corps en aluminium avec des ailettes attachées pour augmenter leur surface globale et favoriser les pertes de chaleur et le refroidissement.

Ces types spéciaux de résistance sont appelés « résistances montées sur châssis » car elles sont conçues pour être physiquement montées sur des dissipateurs thermiques ou des plaques métalliques pour dissiper davantage la chaleur générée. Le montage de la résistance sur un dissipateur thermique augmente encore leur capacité de transport de courant.

Un autre type de résistance à fil enroulé est le Résistance à Fil Enroulé de Puissance. Ce sont des types de résistances non inductives, haute température, haute puissance, généralement revêtus d’une émail vitreux ou époxy pour une utilisation dans des banques de résistance ou des applications de contrôle de moteur/servo DC et de freinage dynamique. Elles peuvent même être utilisées comme chauffages à faible puissance pour des espaces ou armoires.

Le fil de résistance non inductif est enroulé autour d’un tube en céramique ou porcelaine couvert de mica pour empêcher les fils de l’alliage de se déplacer lorsqu’ils sont chauds. Les résistances à fil enroulé sont disponibles dans une variété de valeurs de résistance et de puissances, l’un des principaux usages de la résistance à fil enroulé de puissance étant dans les éléments chauffants électriques d’un feu électrique qui convertissent le courant électrique qui le traverse en chaleur, chaque élément dissipant jusqu’à 1000 Watts (1kW) d’énergie.

Parce que le fil des résistances standard enroulées est enroulé en bobine à l’intérieur du corps de la résistance, il agit comme un inducteur, leur conférant une inductance en plus de la résistance. Ceci affecte le comportement de la résistance dans les circuits AC en produisant un décalage de phase à des fréquences élevées, en particulier dans les résistances de plus grande taille. La longueur du chemin de résistance réel dans la résistance et les fils contribuent à l’inductance en série avec la résistance « apparente » DC, résultant en un chemin d’impédance global de Z Ohms.

L’impédance ( Z ) est l’effet combiné de la résistance ( R ) et de l’inductance ( X ), mesuré en ohms et pour un circuit AC en série est donné par, Z² = R² + X².

Lorsqu’elles sont utilisées dans des circuits AC, cette valeur d’inductance change avec la fréquence (réactance inductive, X_L = 2πƒL) et donc, la valeur globale de la résistance change. La réactance inductive augmente avec la fréquence mais est nulle en DC (fréquence nulle). Ainsi, les résistances à fil enroulé ne doivent pas être conçues ou utilisées dans des circuits AC ou des amplificateurs où la fréquence à travers la résistance change. Cependant, des résistances à fil enroulé spéciales non inductives sont également disponibles.

Résistance à Fil Enroulé

Les types de résistances à fil enroulé sont préfixés par une notation “WH” ou “W” (ex. WH10Ω) et sont disponibles en package WH en cladding d’aluminium (tolérance de ±1%, ±2%, ±5% et ±10%) ou en package W émaillé vitreux (tolérance de ±1%, ±2% et ±5%) avec des évaluations de puissance de 1W à 300W ou plus.

Résumé des Types de Résistance

Pour résumer, il existe de nombreux types de résistances disponibles, allant des résistances en carbone à faible coût et à grande tolérance aux résistances à film de précision à faible tolérance et haut coût, ainsi que des résistances en céramique à fil enroulé à haute puissance. Une résistance régule, empêche ou définit le flux de courant à travers un chemin particulier ou elle peut imposer une réduction de tension dans un circuit électrique.

La valeur résistive d’une résistance, sa capacité à limiter le flux de courant est mesurée en Ohm ( Ω ) allant de moins d’un Ohm à des millions d’Ohm (Mega-Ohm). Les résistances peuvent avoir une valeur fixe, par exemple : 100 Ohms, (100Ω) ou variable comme dans 0 à 100Ω.

Une résistance aura toujours la même valeur de résistance peu importe la fréquence de l’alimentation, du DC aux très hautes fréquences et toutes les résistances ont une chose en commun, leur valeur résistive en Ohm dans un circuit sera TOUJOURS positive par nature et jamais négative.

Les utilisations et applications d’une résistance au sein d’un circuit électrique ou électronique sont vastes et variées, pratiquement tous les circuits électroniques jamais conçus utilisant un ou plusieurs types de résistance. Les résistances sont couramment utilisées à des fins telles que la limitation de courant, fournissant des tensions de contrôle appropriées aux dispositifs semiconducteurs, tels que les transistors bipolaires, protégeant les LED ou autres dispositifs semiconducteurs des dommages dus à un courant excessif, ainsi que pour ajuster ou limiter la réponse en fréquence dans un circuit audio ou filtre.

Dans les circuits numériques, différents types de résistances peuvent être utilisés pour tirer vers le haut ou vers le bas la tension au pin d’entrée d’une puce logique numérique ou en contrôlant une tension à un point dans un circuit en plaçant deux résistances en série pour créer un réseau diviseur de tension, la liste est infinie !.

Dans le prochain tutoriel sur les Résistances, nous examinerons les différentes manières d’identifier la valeur résistive des différents types de résistances fixes, avec la méthode d’identification la plus courante étant l’utilisation de codes de couleur et de bandes colorées autour du corps de la résistance.