Créée le, 19/06/2015

 Mise à jour le, 02/09/2016

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  Résistances fixes        Technique de fabrication des résistances fixes        Bas de page


Classification des Résistances :


Un circuit électrique ou électronique est réalisé par un ensemble de pièces de différentes espèces ayant des fonctions diverses et généralement connues sous le nom de "composants".

Ces composants sont formés de résistances, condensateurs, inductances, transformateurs, tubes électroniques, semi-conducteurs, circuits intégrés, matériaux de raccordement et de commutation.

Le technicien doit connaître ces composants afin de les utiliser dans les meilleures conditions.

1. - CLASSIFICATION DES RÉSISTANCES

Les résistances sont les composants les plus utilisés dans les circuits ; ils présentent une résistance au passage du courant.

On en trouve de nombreux types, différents par leur structure, leur forme, leurs caractéristiques électriques selon la technique de fabrication adoptée et l'emploi auquel elles sont destinées.

On peut classer les résistances suivant le modèle de la figure 1.

Classification_resistances

HAUT DE PAGE 2. - RÉSISTANCES FIXES

Ces résistances possèdent une valeur déterminée et se présentent sous trois types : aggloméré, à couche et bobiné.

C'est suivant ce modèle que dépendent les caractéristiques nécessaires à la réalisation d'un montage.

2. 1. - DONNÉES TECHNIQUES DES RÉSISTANCES FIXES

La résistivité électrique est la valeur nominale en ohm (symbole W) à la température ambiante de 25°C. Les valeurs élevées sont exprimées avec des multiples de l'ohm.

  le kilo-ohm (kW) = 1 000 W

  le mégohm (MW) = 1 000 000 W

La tolérance est un pourcentage, en plus et en moins autour de la valeur nominale, que le fournisseur s'engage à respecter pour toutes les pièces livrées. Elle s'entend pour des pièces neuves avant usage, car par la suite les variations peuvent être plus importantes après un fonctionnement prolongé.

Plus la tolérance est serrée, meilleure est la précision ; si nous prenons une résistance de valeur nominale 120 W avec une tolérance de ± 10 %, nous avons un écart de ± 12 W (120 x ± 10 / 100 = ± 12). 

La résistance peut alors présenter une valeur réelle comprise entre un minimum de 108 W (120 - 12 = 108) et un maximum de 132 W (120 + 12 = 132). Si cette fois la tolérance n'est que de 2 %, nous avons cette fois un écart de ± 2,4 W (120 x ± 2 / 100 = ± 2,4) ; la valeur réelle est comprise entre un minimum de 117,6 W (120 - 2,4 = 117,6) et un maximum de 122,4 W (120 + 2,4 = 122,4).

La puissance nominale est la puissance que peut dissiper la résistance en air calme à la pression atmosphérique normale et pour une température ambiante généralement de 20 ou de 25°C. Elle est déterminée afin que dans ces conditions aucun point de la résistance ne dépasse la température fixée pour ce type de fabrication. 

Si la température ambiante est plus élevée, il faut diminuer la puissance admissible, afin de rester dans les limites de température de la résistance. Des courbes de réduction sont établies pour chacun des modèles.

** Le coefficient de température est le quotient de la variation relative de la résistance par la variation de température. Il s'exprime en partie par million par degré centigrade (ppm / °C). Pour les résistances courantes, le coefficient de température est compris entre 50 ppm/°C et 100 ppm/°C

Par exemple, une résistance de 2 000 W à 20°C ayant un coefficient de température de 80 ppm/°C augmente sa valeur de 0,16 W pour chaque élévation de la température de 1°C :

2 000 x 80 / 1 000 000 = 0,16 W/°C

Dans un milieu ambiant à la température de 60°C, la résistance prend une valeur de 2 006,4 W (0,16 W/°C x 40° C = 6,4 W). Pour les coefficients de température négatifs, la valeur de résistance diminue lorsque la température augmente.

La tension maximale aux bornes. La tension aux bornes d'une résistance est donnée par la formule :

TensionMaxiResis

U en volts, P en watts (c'est la puissance nominale de la résistance), R en ohms.

Sans surcharger la résistance en puissance, on obtient des tensions très élevées aux bornes, pour les fortes valeurs ohmiques. Or, par suite de la rigidité diélectrique des matières utilisées, on ne doit pas dépasser une tension, généralement plus faible, fixée par les nombres. C'est donc la tension aux bornes qui limite à ce moment la puissance admissible.

** La stabilité. On dit qu'une résistance est stable, lorsqu'après un long usage, sa valeur reste proche de celle qu'elle avait à l'origine. Cette variation de valeur dépend du type et de la technologie de fabrication. Les résistances bobinées ou à film métallique sont très stables, les résistances agglomérées le sont moins.

** Le coefficient de tension est la mesure de la variation de la valeur ohmique de la résistance en fonction de la tension à ses bornes. Elle s'exprime en pourcentage de variation par volt. Le coefficient de tension est négligeable pour les résistances bobinées et les résistances à couche de métal. Il est appréciable pour les résistances agglomérées (0,02 % V).

** La tension de bruit. Toutes les résistances produisent aux bornes une tension parasite produite par l'agitation thermique des molécules. Cette tension est très faible pour les résistances bobinées et à film métallique, elle est plus importante pour les résistances agglomérées, car il s'y ajoute une tension de bruit provoquée par le passage du courant dans une matière hétérogène. 

Elle se mesure en microvolts par volts appliqués aux bornes (µV / V). Elle limite la possibilité d'amplification des appareils, car à un certain niveau, elle devient gênante.

Ce bruit est surtout composé de fréquences basses inférieures à 10 kHz donc audibles et il augmente avec la valeur ohmique de la résistance.

HAUT DE PAGE 2. 2. - TECHNIQUE DE FABRICATION DES RÉSISTANCES FIXES

Les résistances agglomérées sont constituées par un mélange de carbone, de matière isolante et de liant. Le corps de ces résistances dans lequel sont implantées les deux bornes (fils de connexion) est protégé par une enveloppe de matière isolante (figure 2-a).

Compo1




Le pourcentage de carbone permet de déterminer la valeur de la résistance pour les dimensions données. Plus il y a de carbone et moins la résistance à une valeur ohmique élevée.

Une technique de fabrication plus récente consiste à déposer le mélange résistif carbone et liant sous forme de couche autour d'un petit tube de verre spécial dans lequel sont enfilées les deux bornes en contact avec le matériau résistif. La résistance ainsi formée est enrobée dans une résine plastique isolante thermodurcissable (figure 2-b).

Les bornes introduites en profondeur dans le support de verre permettent une meilleure conduction thermique d'où une meilleure dissipation de chaleur.

Les valeurs normalisées des résistances agglomérées disponibles dans le commerce s'étendent de 1 W à 22 MW avec des tolérances de ± 5 %, ± 10 % et ± 20 %. On trouve les puissances suivantes : 1 / 8 W, 1 / 4 W, 1 / 2 W, 1 W, 2 W, 3 W et 4 W dont les dimensions varient proportionnellement (figure 2-c).

La puissance et la valeur ohmique d'une résistance doivent figurer en clair à côté du symbole électrique de celle-ci.

Cependant, certains fabricants se réservent le droit, dans la conception des schémas, d'adopter des symboles graphiques qui seront interprétés au besoin, selon les indications fournies.

Particulièrement adaptées pour des usages courants, les résistances agglomérées dont le prix de revient est faible, sont très utilisées dans les circuits électroniques ; elles présentent une bonne tenue mécanique, un faible coefficient de température en milieu ambiant normal (inférieur à 60° C) et un bon comportement aux fréquences élevées (inductance parasite négligeable). Par contre, de par leur élément résistif hétérogène, elles peuvent présenter une tension de bruit trop élevée et une stabilité insuffisante pour certaines utilisations.

Les résistances à couche appelées aussi résistances à film sont réalisées par des techniques diverses ; l'une d'elles consiste à faire déposer par cracking (dépôt par procédé chimique à haute température) sur un support central en matière isolante (céramique) une fine couche de carbone ou d'oxyde d'étain ou encore d'un autre matériau résistif.

La valeur ohmique dépend de l'épaisseur de la couche déposée et de la substance utilisée. Cependant, on a observé que les couches très minces, nécessitées par les fortes valeurs, étaient fragiles et instables. Ainsi, une couche de 1 µm donne un coefficient de température de - 180 ppm/°C, tandis qu'une couche de 1 / 1 000 µm possède un coefficient de température de - 1800 ppm/°C, soit dix fois plus élevé.

C'est pourquoi on préfère choisir une couche un peu plus épaisse et augmenter sa longueur en traçant une spirale sur le tube (figure 3-a).

Compo2

Il est évident que plus le pas du filet est fin et plus la bande résistive sera longue et étroite ; sa résistivité augmente également.

Le spiralage est réalisé sur un tour spécial par une meule diamantée. Le tour s'arrête automatiquement lorsque la valeur ohmique désirée est obtenue grâce à un pont de mesure. La précision est comprise entre ± 2 % et ± 5 %.

Une autre méthode de fabrication, mieux adaptée pour obtenir de faibles valeurs de résistances, consiste à déposer sur un support en forme de tube ou de plaquette des matériaux métalliques résistifs (alliages, métaux nobles ou oxydes) par vaporisation sous vide et sous forme de couches successives extrêmement minces jusqu'à obtenir l'épaisseur qui donne la valeur ohmique désirée (figure 3-b).

Avec un dépôt de film métallique sur un support de céramique, on réalise des résistances de faibles valeurs ohmiques et de dissipation thermique plus grande (de 0,07 W à 4 W pour 1 W et de 0,1 W à 100 W pour 14 W) ; l'absence de spiralage et donc d'inductance (self) permet leur utilisation en haute fréquence.

Quelle que soit la méthode utilisée, le matériau déposé se termine par deux bornes constituées de fil de cuivre étamé, fixées par deux coupelles métalliques ou soudées sur les deux extrémités du corps résistif. L'ensemble est protégé par un vernis plastique, un enrobage en résine synthétique ou un revêtement moulé qui fait qu'extérieurement ces résistances ressemblent aux résistances agglomérées courantes (figure 3-c).

Les multiples variétés de procédés de fabrication des résistances et des types de film adoptés par les constructeurs ainsi que la corrélation directe entre la puissance et les dimensions font en sorte que les résistances présentent des caractéristiques électriques assez différentes, tout en ayant le même aspect extérieur.

Les résistances à couche de carbone dont la valeur nominale s'étend de 1 W à 22 MW avec des tolérances typiques de ± 5 % ou de ± 10 %, ont un coefficient de température comprise entre 150 et 800 ppm/°C, et, une puissance admissible allant de 1 / 20 W à 2 W. Elles sont employées pour un usage général.

Elles possèdent une grande fiabilité et un bon comportement aux hautes fréquences. De plus, elles présentent un faible bruit et sont d'un coût modéré. Elles sont en beaucoup de points comparables aux résistances agglomérées.

Le tableau de la figure 4 indique à titre d'exemple, les principales caractéristiques des résistances à couche de carbone de chez Philips et les dimensions par rapport à la puissance admissible à température ambiante Ta = 70° C.

Compo3JPEG 

 

Puissance (Ta = 70° C) W

Gamme des valeurs de résistances

Tolérances ± %

Tension max applicable Veff

Dimensions D x L en mm

0,2

10 W - 220 kW

5

150

1,6 x 4

0,2

270 W - 1 MW

10

150

1,6 x 4

0,2

10 W - 220 kW

5

150

1,6 x 4

0,2

270 W - 1 MW

10

150

1,6 x 4

0,33

1 W - 1 MW

5

150

2,5 x 6,5

0,33

1,2 MW - 10 MW

10

150

2,5 x 6,5

0,33

1 W - 1 MW

5

150

2,5 x 6,5

0,33

1,2 MW - 10 MW

10

150

2,5 x 6,5

0,5

1 W - 1 MW

5

350

9,7 x 10

0,5

1,2 MW - 10 MW

10

350

9,7 x 10

0,5

1 W - 1 MW

5

350

9,7 x 10

0,5

1,2 MW - 10 MW

10

350

9,7 x 10

0,67

1 W - 1 MW

5

500

5,2 x 16,5

1,15

1 W - 1 MW

5

750

6,8 x 18

2

10 W - 1 MW

5

1 000

9 x 31,7

Fig. 4. - Caractéristiques électriques et dimensions des résistances à couche de carbone produites par Philips.

Les résistances à film métallique sont utilisées pour des usages professionnels, où sont exigés : la précision (tolérances inférieures ou égales à 0,1 %), le coefficient de température voisin de ± 25 ppm/° C, une grande stabilité et un faible bruit.

Naturellement, les caractéristiques électriques peuvent varier d'un type de résistance à l'autre selon les spécifications d'utilisation.

Le tableau de la figure 5 résume les données techniques et les dimensions des résistances à couche métallique de chez Philips et constitue un élément de comparaison avec les résistances à couche de carbone vues précédemment.

 Compo4JPEG

 

Puissance (Ta = 70° C) W

Gamme des valeurs de résistances

Tolérances ± %

Tension max applicable Veff

Coefficient de température ± ppm/°C

Dimensions D x L en mm

0,4

4,99 W - 681 kW

0,5

250

50 *

2,5 x 6,5

0,4

4,99 W - 681 kW

1

250

50 *

2,5 x 6,5

0,4

1 W - 680 kW

2

250

100

2,5 x 6,5

0,4

1 W - 680 kW

5

250

200

2,5 x 6,5

0,5

4,99 W - 1 MW

0,5

350

50 *

3 x10

0,5

4,99 W - 1 MW

1

350

50 *

3 x 10

0,5

5,1 W - 1 MW

2

350

100

3 x 10

0,5

5,1 W - 1 MW

5

350

200

3 x 10

0, 75

4,99 W - 1 MW

1

500

100

5,2 x 16,5

1,6

10 W - 10 kW

5

500

500

3,7 x 10

2,5

10 W - 27 kW

5

500

500

5,2 x 16,7

* Pour valeurs (inférieures ou égales) 49,9 W : 100 ppm/°C

Fig. 5. - Caractéristiques électriques et dimensions des résistances à couche métallique (usage général) de chez Philips.

Les résistances à film d'oxyde métallique dont l'élément résistif est constitué par de l'oxyde d'étain chauffé à 800° et pulvérisé sur le support, sont caractérisées par une tolérance de ± 1 %, un niveau de bruit très bas, une grande stabilité et un bon fonctionnement aux hautes fréquences ; leur emploi est particulièrement professionnel.

Les résistances à film "métal-verre" ont l'élément résistif obtenu en revêtant un support isolant de poudre de métaux précieux comme de l'argent et du palladium, mélangée à du verre pulvérisé.

Bien que ces résistances n'aient pas la même précision que celles à film métallique, elles présentent quand même une grande stabilité, un faible bruit et surtout une grande immunité aux agents atmosphériques ; elles supportent également des températures élevées et de fortes surcharges sans dommage. Avec la même méthode de spiralage adoptée pour les résistances à couche de carbone et en éloignant davantage les spires adjacentes, on réalise des résistances supportant de hautes tensions : l'arc électrique étant moins sollicité entre deux spires.

La figure 6 donne quelques données sur ces résistances.

 Compo5JPEG

 

Valeur maximum de tension

Gamme des valeurs de résistance

Tolérance ± %

Puissance (Ta = 25°C) W

Coefficient de température ± ppm/°C

Dimensions D x L en mm

Vcc 3 500, Veff 2 500

1 MW - 33 MW

1 à 5

0,5

200

3,7 x 10

Vcc 10 000, Veff 7 000

1 MW - 68 MW

1 à 5

1

200

6,8 x 18

  Fig. 6. - Caractéristiques électroniques et dimensions des résistances en métal-verre de chez Philips

Les résistances bobinées sont obtenues en enroulant un fil de haute résistivité (par exemple : nickel-chrome, constantan, manganine) sur un support isolant en céramique imprégné, à température élevée, de résines spéciales. Les techniques de fabrication adoptées pour ces résistances sont également très variables afin que l'on puisse généraliser leur forme et leurs dimensions.

Sur la figure 7-a est représenté un type de résistance bobinée obtenu en enroulant un fil résistif autour d'un support brut et isolant, peu sensible aux hautes températures ; les extrémités du fil sont soudées aux bornes et l'ensemble et protégé avec un revêtement cylindrique de matière plastique moulée, supportant une température de 220°C.

Ce type de résistance bobinée à donc un aspect semblable à celui d'une résistance agglomérée ordinaire, à la différence que le premier anneau de couleur est le double des autres. La puissance de ces résistances ne dépasse pas généralement les 2 Watts et les valeurs s'échelonnent de 1 W à 10 W.

 Compo6

La résistance bobinée illustrée dans la figure 7-b diffère de la précédente par le revêtement externe isolant qui peut supporter une température de 350°C. Les valeurs ohmiques de ces résistances vont de 0,1 W à 33 kW avec une puissance maximale de 30 Watts pour usages courants.

Dans la figure 7-c, ce type de résistances bobinées est particulièrement adapté pour dissiper des puissances élevées ; elles sont réalisées avec une enveloppe en stéatite à section carrée et scellées avec un ciment spécial.

Dans la figure 8 sont illustrés quelques exemples de ces résistances dont certaines sont munies d'un ressort en acier faisant office d'ailette de refroidissement. De cette façon, on évacue d'avantage les calories et on peut augmenter la puissance nominale dissipée par la résistance. Ce ressort constitue également un organe de fixation au châssis et parfois il fait partie intégrante de la résistance (figure 8-b).

Compo7

Il existe aussi quelques types de résistances pourvues d'un dispositif de protection thermique retardé, constitué par une lamelle à ressort soudée à l'étain sur une des bornes (figure 8-c) ; si la température de la résistance dépasse un seuil fixé, en raison d'une défaillance sur le circuit, l'étain fond, libérant l'extrémité de la lamelle qui se détend vers l'extérieur et supprime la liaison électrique, protégeant ainsi le circuit de dommages ultérieurs. Quand la panne sur le circuit sera décelée, on pourra fixer la lamelle à la borne de la résistance, simplement par de la soudure à l'étain. (En principe, on devrait même la remplacer, car ce dernier à subit un échauffement).

D'autres types de résistances bobinées sont illustrés dans la figure 9 ; il s'agit d'exemplaires pourvus d'une ou de plusieurs prises intermédiaires et donc aptes à être utilisés comme ponts diviseurs résistifs.

Compo8

Elles sont fabriquées avec des valeurs ohmiques et de puissances diverses qui peuvent atteindre pour ces dernières de 8 à 250 Watts.

L'isolement est obtenu par un émail vitrifié spécial. Le support en céramique à section circulaire (parfois elliptique pour en réduire l'encombrement) est poreux afin de favoriser le refroidissement.

Dans les instruments de mesure, on utilise des résistances dont la valeur nominale est inférieure à l'ohm, la précision très grande et la puissance maximale de quelques Watts ; le fil résistant est enroulé sur un mandrin peu sensible à la chaleur (figure 10).

 Compo9

Les deux bornes du mandrin, auxquelles sont fixées les extrémités de l'enroulement résistif, peuvent être raccordées au circuit électronique par de la soudure à l'étain.

Ces résistances bobinées sont disponibles sur une large gamme de valeurs allant de quelques dixièmes d'ohm à 100 kW avec des tolérances de l'ordre de ± 10 %, de ± 5 % et même de ± 0,5 % pour les plus précises. On les utilise lorsque celles du type aggloméré de carbone ne conviennent pas : pour une dissipation élevée, une tolérance étroite et surtout pour une grande stabilité de la valeur ohmique.

La tension de bruit de ces résistances est généralement négligeable mais on évite de les utiliser dans des montages où la fréquence est supérieure à la bande audio en raison de leur inductance résiduelle élevée.



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