Technologie des Résistances

TECHNOLOGIE DES RESISTANCES
I ) RESISTANCES FIXES :INTRODUCTION :
A ) Rappels :
Reprenons les bases théoriques « loi d'ohm - loi de Joule ».
1 ) Définition :
« La résistance d'un élément résistant est le rapport entre la d.d.p. continue à ses bornes et
le courant continu qui le traverse, avec les conventions du système récepteur »
R=
U
I
2 ) Unité :
« L'unité de résistance est l'ohm (symbole Ω). L'ohm est la résistance d'un conducteur qui,
soumis à une d.d.p. de un volt, est traversé par un courant de un ampère.
On utilise couramment en électronique des multiples de l'ohm :
• le kilo Ohm (symbole kΩ ; 1 kΩ = l03 Ω),
• le mégohm (symbole MΩ ; 1 MΩ = 106 Ω). »
3 ) Température limite :
Une résistance est un récepteur thermique, la puissance absorbée est donnée par la loi de
Joule :
U2
P = R.I =
R
2
La température limite de la résistance, plongée dans un milieu à température donnée (par
exemple 20° C) dans des conditions naturelles de refroidissement est obtenue lorsque la
puissance électrique absorbée maximal est égale à la puissance dissipée dans le milieu
ambiant.
Les expériences physiques montrent qu'en première approximation nous avons :
P = K .S .(θ 1 − θ 0 )
Avec
K est un coefficient de proportionnalité qui dépend de la nature des matériaux
utilisés pour la résistance et de l'état de surface,
S est la surface extérieure de la résistance en contact avec le milieu ambiant,
θ1 est la température limite de la résistance,
θ0 est la température du milieu ambiant.
B ) Définitions technologiques :
Les résistances fixes utilisées couramment en électronique peuvent être classées dans l'un des
types fondamentaux suivants (correspondant à la nature du matériau de base utilisé) :
• résistances au carbone,
• résistances métalliques bobinées,
• résistances métalliques non bobinées,
En plus de leur nature les résistances sont caractérisées par les paramètres suivants :
• résistance nominale,
• tolérances,
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1
•
•
•
•
•
•
•
puissance nominale,
tension nominale et tension maximale,
coefficient de température,
influence dé la température sur la puissance dissipable,
coefficient de tension,
influence de la fréquence,
facteur de bruit.
1 ) Résistance nominale Rn et tolérances :
On désigne par résistance nominale Rn la valeur de la résistance pour laquelle le
composant a été élaboré.
On désigne par, tolérance absolue, l'écart ∆R maximal admis entre la valeur nominale
figurant au catalogue et la valeur réelle de l'échantillon mesurée avec précision, dans des
conditions normales d'emploi.
On utilise la tolérance relative ∆R/R qui est exprimée en pourcentage de la valeur
nominale, elle caractérise donc la précision exigée sur la valeur RN.
Chaque série de résistances présente une valeur de tolérance déterminée, par exemple 5 %.
Pour un emploi particulier, on choisira des résistances de cette série, si la précision s'avère
suffisante.
La valeur nominale et la tolérance sont marquées sur l'échantillon :
• soit en clair (valeur numérique exprimée),
• soit en code (couleurs conventionnelles).
Les valeurs nominales des résistances de chaque, série ne sont pas choisies de façon
quelconque. La liste des valeurs est normalisée, elle tient compte de la tolérance admise
pour la série.
Considérons deux valeurs nominales normalisées successives R1 et R2, dans la série définie
par la tolérance 10 % :
R1 couvre la zone de valeurs probables depuis 0,9 R1 jusqu'à 1,1 R1,
R2 couvre la zone de valeurs probables depuis 0,9 R2 jusqu'à 1,1 R2.
R1 et R2 sont choisies de telle manière que ces deux zones se recouvrent ou soient
pratiquement adjacentes.
Toute valeur réelle de résistance R désirée comprise entre R1 et R2 sera nécessairement
située dans l'une ou l'autre des zones de probabilité :
• soit dans celle de R1, on prendra R1,
• soit dans celle de R2, on prendra R2.
Dans ces conditions de choix, l'écart entre la valeur nominale prise et la valeur R désirée
sera inférieur à 10 %.
Remarque : si R se trouve dans la partie commune où les zones se recouvrent, on pourra
prendre R1, ou R2.
Prenons par exemple dans la série 10 %, les résistances normalisées :
R1= 82 kΩ qui couvre de 82 x 0,9 ≅ 74 kΩ à 82 x 1,1 ≅ 90 kΩ ;
R2=100 kΩ qui couvre de 100 x 0,9= 90 kΩ à 100x 1,1=110 kΩ.
On désire dans un montage utiliser :
• soit une résistance R= 87 kΩ, on choisira R1= 82 kΩ,
• soit une résistance R'= 94 kΩ, on choisira R2=100 kΩ,
• soit une résistance R" = 90 kΩ, on choisira R1 ou R2.
Bien entendu, les conditions du montage doivent permettre le choix de cette série à 10 %.
Les valeurs nominales sont généralement choisies dans les séries E24 tolérance ± 5 %, E12
tolérance ± 10 % et E6 tolérance ± 20 %.
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Nous rappelons qu'une série En est une suite de termes en progression géométrique dont le
premier terme est égal à 1 et la raison égale à n 10 .
Remarque : Quelques constructeurs proposent des séries E48 et E96 pour les tolérances
± 2 %, ± 1 %.
Le tableau de la Figure 1 représente la liste des valeurs normalisées pour une décade dans
les trois séries E24 ; E12 ; E6.
Les résistances nominales choisies sont des valeurs approchées, exprimées avec deux
chiffres significatifs.
E24
E12
E6
E24
E12
E6
±5%
±10%
±5%
±5%
±l0%
±20%
10
10
10
33
33
33
11
36
12
12
39
39
13
43
15
15
15
47
47
47
16
51
18
18
56
56
20
62
22
22
22
68
68
68
24
75
27
27
82
82
30
91
Fig. 1
2 ) Puissance nominale Pn :
En air calme, dans les conditions normales (pression atmosphérique normale,
température ambiante normale), la température maximale que peut supporter une résistance
correspond à une puissance absorbée par cette résistance que nous appelons puissance
nominale Pn.
Le volume d'une résistance (pour un type donné) est d'autant plus grand que la puissance
nominale est plus importante (la surface de refroidissement est plus grande).
3 ) Tension nominale Un et tension maximale Uc :
II y a fréquemment une confusion entre la tension nominale et la tension maximale de
service.
La tension nominale Un est la conséquence de la puissance nominale Pn, elle correspond à
la tension qui provoquerait dans cette résistance une dissipation thermique égale à Pn, c'està-dire :
U n2 = Pn .Rn ou U n = Pn .Rn
Exemple : dans la série Pn = 2W, la résistance Rn = 1 kΩ admet la tension
U n = 2.1000 ≈ 45 V
Cependant pour une série de résistances de puissance nominale donnée, à une grande
valeur de Rn correspond une grande valeur de Un appliquée aux bornes de l'élément. Par
exemple pour la résistance marquée 2W−1 MΩ on trouve U n =
2 x 10 6 = 1414 V
Un autre risque que l'élévation de température peut donc apparaître, c'est le risque de
claquage du matériau par surtension.
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Ainsi on détermine pour une série de résistances, une tension maximale Uc indiquée par le
fabricant, c'est-à-dire la valeur de tension au-delà de laquelle il y a risque de claquage.
Cette valeur Uc est applicable aux grandes résistances de la série, à partir d'une résistance
critique R pour laquelle Uc atteint la valeur Un.
Exemple : Pour une série Pn = 2 W le constructeur indique Uc = 200 V,
pour Uc = Un, 200 =
2 x R c , d'où Rc = 20 kΩ.
L'utilisateur d'une résistance doit s'assurer que les deux conditions suivantes sont remplies :
• puissance maximale absorbée ≤ Pn ce qui implique U < Un,
• tension maximale aux bornes ≤ Uc.
Illustrons ceci par deux applications numériques.
Pour les résistances faibles la tension d'emploi est limitée par Un.
Soit une résistance avec Rn =10 Ω, Pn = 10 W, Uc = 100 V. La tension nominale Un est
égale à 10 V.
Si l'utilisateur applique une d.d.p. de 100 V aux bornes de la résistance, elle absorbera une
puissance de 1000 W, ce qui est supérieur à la puissance nominale.
L'utilisateur devra se contenter d'une d.d.p. maximale de 10 V aux bornes de cette
résistance, il ne pourra jamais lui appliquer 100 V.
Pour les résistances élevées la tension d'emploi est limitée par Uc.
Soit une résistance avec Rn = 100 kΩ, Pn =10 W, Uc = 100 V.
La tension nominale Un est égale à 1000 V ce qui est supérieur à la tension maximale de
service Uc.
L'utilisateur devra se contenter d'une d.d.p. maximale de 100 V aux bornes de cette
résistance qui ne pourra jamais dissiper 10 W.
La résistance critique est donnée par la relation Uc = Un, c'est-à-dire pour la série de
résistances Pn=10 W, Uc=100 V :
U c2 10 4
=
= 1000 Ω
Rc =
Pn
10
En résumé :
• pour les résistances nominales inférieures à la résistance critique c'est la puissance
nominale Pn qui limite l'utilisation de la résistance.
• pour les résistances nominales supérieures à la résistance critique, c'est la tension
maximale de service Uc qui limite l'utilisation de la résistance.
 ∆R 


4 ) Coefficient de température  R  :
 ∆θ 




Dans des conditions de refroidissement déterminées, lorsque la puissance absorbée par une
résistance augmente la température de celle-ci augmente. La résistance reste-t-elle
constante? Non, les variations de résistance sont caractérisées par le coefficient de
température.
On appelle coefficient de température la variation relative de la résistance due à une
variation absolue de température ambiante de 1°C. Ce coefficient s'exprime généralement
en 10-6/°C.
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5 ) Influence de la température ambiante sur la puissance dissipable :
Rappelons la relation P = K .S .(θ 1 − θ 0 ) citée au §1.3, dans laquelle
température de l'échantillon, et
θ1 est la
θ 0 la température du milieu ambiant. Or θ1 est limitée à
une valeur maximale θ 1m qui dépend du matériau.
Donc la puissance maximale PM dissipée décroît quand θ 0 augmente.
Pour l'emploi rationnel des résistances les constructeurs fournissent des courbes de
réduction de puissance dissipable en fonction de la température ambiante.
 ∆R 


R
:

6 ) Coefficient de tension
 ∆U 




Les conducteurs, en particulier le carbone, n'ont pas une résistance rigoureusement
constante (à température donnée) lorsque la d.d.p. appliquée à leurs bornes varie.
Nous introduisons le coefficient de tension qui est la variation relative de la résistance, due
à une variation absolue de tension appliquée de 1 V.
Ce coefficient s'exprime généralement en 10-4/volt.
7 ) Influence de la fréquence :
Suivant les fréquences de fonctionnement, le comportement des résistances est différent.
Les dimensions, la résistance nominale, la longueur des connexions jouent un rôle d'autant
plus grand que la fréquence est plus élevée.
8 ) Facteur de bruit :
L'agitation thermique et le passage du courant (à fréquence variable) créent un bruit. Ce
bruit est généralement exprimé en microvolt par volt appliqué à la résistance.
De façon plus imagée, nous pouvons dire : des vibrations désordonnées provenant de
l'agitation des charges dans la matière, se traduisent en radiophonie par une perturbation
sonore appelée bruit.
II ) RESISTANCES AU CARBONE :
A ) Généralités :
Les résistances au carbone sont les plus couramment utilisées, leurs caractéristiques sont
suffisantes dans la plupart des cas, et leur prix de revient est faible par rapport à l'ensemble
des résistances fixes.
1 ) Différents types :
Les résistances au carbone sont divisées en deux grandes catégories :
• les résistances au carbone aggloméré,
• les résistances à couche de carbone.
Ces dernières peuvent se séparer en plusieurs groupes : les résistances à couche d'usage
courant, les résistances à couche à haute stabilité, pour matériel professionnel, et les
résistances à couche à forte dissipation.
Ces différents types de résistances peuvent différer par leur protection, on distingue les
résistances non isolées et les résistances isolées.
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Les résistances non isolées sont recouvertes, en général, d'une mince couche de vernis ou
de résine synthétique. Cette protection n'est pas parfaitement étanche et ne peut pas être
considérée comme bon isolant.
Les résistances isolées sont protégées par un revêtement isolant, par exemple un tube de
verre, de résine ou de céramique. Cette qualité permet de mettre en contact les résistances
isolées avec des éléments conducteurs, sans risque de dérivation de courant.
2 ) Normalisation des valeurs :
Les résistances au carbone sont généralement divisées en trois séries :
• la série E24 qui contient 24 valeurs normalisées par décade, la tolérance est de
± 5 %,
• la série E12 qui contient 12 valeurs normalisées par décade, la tolérance est de
± 1 %,
• la série E6 qui contient 6 valeurs normalisées par décade, la tolérance est de
± 20 %.
3 ) Marquage des résistances :
Les résistances au carbone aggloméré et les résistances à couche de carbone d'usage
courant sont généralement marquées selon le code des couleurs. Les résistances à haute
stabilité sont en général. marquées en clair (valeur numérique exprimée).
Le code des couleurs utilise des anneaux de couleur sur le corps des résistances (Fig. 2).
Figure 2
Le code se lit en regardant la résistance de telle manière que l'anneau le plus près d'un bord
de la résistance: soit situé à gauche. Ce code utilise quatre anneaux de couleur, les deux
premiers anneaux en partant de la gauche représentent les chiffres significatifs, le troisième
anneau représente le coefficient multiplicateur et le dernier la tolérance sur la valeur
nominale de la résistance. La série E6 (tolérance ± 20 %) n’utilise pas le quatrième anneau.
Le code des couleurs est représenté par le tableau de la Figure 3.
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Couleur
Argent
Or
Noir
Marron
Rouge
Orange
Jaune
Vert
Bleu
Violet
Gris
Blanc
1er anneau
2eme anneau
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Figure 3
3eme anneau
10-2
10-1
1
10
102
103
104
105
106
4eme anneau
± 10 %
±5%
±1%
±2%
Prenons un exemple particulier (Fig. 4):
Figure 4
• soit le premier anneau de couleur jaune, il correspond à 4,
• soit le deuxième anneau de couleur violette, il correspond à 7,
• soit le troisième anneau de couleur orange, il un correspond à 103,
• soit le quatrième anneau de couleur argent, il correspond à ± 10 %.
La valeur nominale de la résistance est 47 multiplié par 103, soit 47 kΩ, sa tolérance est de
± 10 %.
B ) Résistances au carbone aggloméré :
1 ) Constitution :
Les résistances au carbone aggloméré sont constituées par un mélange de carbone, de
matière isolante et d'un liant. A dimensions égales, la valeur de la résistance dépend de la
concentration en carbone du mélange. La valeur de la résistance sera d'autant plus faible
que la concentration en carbone est plus grande. Ces résistances sont sensibles à l'humidité,
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c'est pourquoi elles sont généralement isolées par un tube de Bakélite ou de céramique. Les
fils de sortie ont une partie noyée dans le mélange résistant (Fig. 5).
Figure 5.
2 ) Propriétés :
a ) Fréquence :
Les résistances au carbone aggloméré sont formées d'une multitude de grains de
carbone noyés dans un liant, l'ensemble forme une quantité protection mélange résistant
très importante de « micro condensateurs » équivalents à un condensateur unique de
capacité C. Dans ces conditions le schéma équivalent de la résistance est celui de la
figure 6 où R est une résistance pure, égale à la valeur en continu de la résistance
agglomérée considérée.
Figure 6.
Soit Z le module de l'impédance de la résistance agglomérée en régime sinusoïdal.
Nous admettrons provisoirement la valeur :
Z=
R
1 + R 2 .C 2 .ω 2
(relation dans laquelle la pulsation ω = 2.Π.fréquence)
Lorsque la fréquence augmente, le dénominateur de Z augmente, donc Z diminue. Z
restera pratiquement égal à R tant que nous aurons :
R.C.ω << 1
d'où
ω ⟨⟨
1
R.C
A une fréquence donnée (en supposant C sensiblement constant pour toutes les
résistances agglomérées d'un même constructeur), Z sera d'autant plus différent de R
que la valeur nominale de R sera élevée.
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En pratique, les résistances au carbone aggloméré ne sont utilisables qu’à des
fréquences inférieures à 1 MHz.
b ) Bruit :
Les résistances agglomérées produisent un bruit important par rapport aux autres types
de résistances. Le bruit ne suit pas une loi bien précise, il varie généralement de 1 à 10
µV/V suivant le procédé de fabrication, la valeur nominale et les dimensions de la
résistance
c ) Stabilité :
Les résistances agglomérées sont peu stables. Leur valeur nominale subit une dérive
négative (variation lente), qui peut atteindre 20 à 25 % de la valeur nominale lorsque le
corps de la résistance s'échauffe. Afin d'améliorer la stabilité, il est recommandé de ne
pas utiliser ces résistances à plus de 50 % de leur puissance maximale pour limiter
l'échauffement.
d ) Tolérance :
Les résistances agglomérées « grand- public » sont fabriquées dans les tolérances ± 20
% et ± 10 %, les résistances « professionnelles » sont fabriquées dans les tolérances ±
10 % et ± 5 %. II faut remarquer que la tolérance ± 5 % est illusoire ceci à cause de la
mauvaise stabilité des résistances agglomérées.
e ) Fiabilité 1 :
Dans les circuits qui admettent leurs propriétés (capacité, bruit, instabilité, tolérance),
les résistances agglomérées sont très fiables. Elles ont l'avantage d'être mécaniquement
robustes et d'admettre sans dommage des surcharges passagères.
3 ) Domaine d'emploi :
Les valeurs nominales s'échelonnent en général de 10 Ω à 22 MΩ.
Les tolérances sont : ± 20 %, ± 10 % et ± 5 % en fabrication professionnelle.
Les puissances nominales s'échelonnent généralement de 1/10 W à 2 W
Les tensions maximales sont :
• 350 V pour les résistances 1/2 W
• 500 V pour les résistances 1 W et 2 W.
Avantages :
• résistances les moins chères,
• bonne fiabilité en respectant leurs conditions. d'emploi,
• bonne résistance mécanique,
• supportent bien les surcharges passagères.
Inconvénients :
• les résistances sont capacitives (fréquence maximale d'utilisation généralement
inférieure à 1 MHz), bruit important (1 à 10 µV/V),
• mauvaise stabilité (dérive pouvant atteindre 20 à25 %),
• coefficient de tension relativement important (0,02 %/V).
1
Terme général qui signifie en quelque sorte une probabilité favorable de constance des propriétés
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9
C ) Résistances à couche de carbone :
1 ) Constitution :
La constitution actuelle des résistances à couche de carbone est parfaitement définie dans
les lignes suivantes, extraites d'un catalogue sur les résistances Beyschlag.
La couche de carbone est déposée sur le bâtonnet de céramique à une température
soigneusement régulée voisine de 1000°C. Après dépôt, un contrôle. sévère est effectué sur
chaque bâtonnet : on vérifie la dureté et la structure de la couche avant de passer au stade
suivant. Des embouts, en laiton, à grande teneur de cuivre, sont emmanchés à force sur
l'extrémité du bâtonnet. Ces embouts portent les fils conducteurs en cuivre électrolytique.
Une soudure assure la sécurité du contact entre conducteur et embout. Les fils sont
soigneusement étamés pour permettre une soudure facile, même. après plusieurs années de
stockage.
On ajuste la valeur de la résistance en coupant en spirale la couche de carbone à l'aide
d'une roue diamantée. Quand la valeur désirée est atteinte, la coupe s'arrête
automatiquement.
La réalisation du rapport optimum entre le nombre de spires et l'épaisseur de la couche de
carbone permet d'obtenir le coefficient de température minimum, un très faible bruit et une
très grande stabilité.
Cinq couches d'une laque spéciale, chacune suivie d'une cuisson au four, assurent une
protection parfaite tant physique que mécanique. Cet émail peut supporter sans craquer des
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températures de + 180 °C et − 60 °C, il a une résistance d'isolement supérieure à 104
mégohms et supporte 1000 volts sans claquage.
Les résistances « usage courant » et « haute stabilité » diffèrent simplement par la qualité
du processus de fabrication et par le nombre des contrôles.
2 ) Essais sur les résistances à couche de carbone :
Nous prendrons comme exemple, les essais effectués par le constructeur des résistances
Beyschlag sur les résistances à couche de carbone « usage courant » et sur les résistances à
couche de carbone « haute stabilité ».
Remarque : les essais sont effectués sur des échantillons prélevés dans un lot de
fabrication. Les essais peuvent être de deux sortes :
• essais non destructifs (mesures de contrôle),
• essais destructifs (recherche des limites).
Tension de service maximale : valeur maximale de la tension continue ou alternative
applicable en service permanent.
Résistance critique : valeur pour laquelle à la tension de service maximale correspond la
dissipation maximale.
Bruit : mesuré de 20 Hz jusqu'à 1 MHz en µV/V.
Coefficient de température : mesuré entre 20 °C et 120 °C.
Endurance : mesurée après 1000 h à pleine charge (à puissance nominale) en courant
continu, la tension étant appliquée pendant 90 minutes, puis coupée pendant 30 minutes et
ainsi de suite. Les échantillons essayés sont placés à 4 mm les uns des autres dans une
étuve avec légère circulation d'air et à une température ambiante de 70 ± 2 °C.
Essai de surcharge : les résistances sont soumises à une surcharge de 200 %, la tension
appliquée étant 2 fois la tension de service maximale. Les échantillons sont placés dans
une étuve comme pour l'essai d'endurance. La durée d'un cycle est de 2 minutes ,soit une
minute sous tension et une minute sans tension.
Essai de surcharge rapide : on applique une seule fois 6,25 fois la charge normale, soit 2,5
fois la tension maximale pendant 5 à 10 secondes. Cet essai est fait en courant alternatif.
Essai d'humidité : il est réalisé dans une enceinte portée à une température de 50 ± 2 °C et
à 95 % d'humidité relative sans circulation d'air. Cet essai est très sévère car on applique
pendant ce temps sur les résistances une tension de 22 volts continus.
Essai au froid : les résistances, sans charge, sont soumises à une température de − 35 ±
2°C pendant 500 heures.
Essai de choc thermique : les résistances sont soumises à de brusques variations de
température : de + 180 °C à − 80 °C et sont maintenues à cette basse température pendant
10 minutes.
Essai d'isolement : les échantillons essayés sont pressés entre deux demi-cylindres
métalliques enserrant entièrement le corps de la résistance, y compris les embouts. On
réunit les fils de sortie entre eux et le cylindre, on applique une tension continue lentement
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croissante. La tension à laquelle la laque commence à se percer est appelée la tension de
claquage.
Essai de traction : on attache aux fils de sortie, dans l'axe de la résistance, des poids de
plus en plus lourds. Les fils doivent résister à la charge prévue pendant 1 minute au moins.
Essai de pliage des connexions : pendant cet essai, la résistance est placée verticalement et
un poids de 500 grammes est fixé à une extrémité. On fait alors tourner la résistance de 90°
une fois à gauche puis une fois à droite et on la remet en position verticale. On répète
ensuite le test pour l'autre fil.
Essai de torsion : les deux fils de sortie sont fermement attachés à 5 mm des embouts On
fait alors tourner le corps de la résistance d'un tour complet (360°) dans une direction et on
revient à la position de départ.
Essai de soudure : les fils sont plongés dans un bain de soudure à 350° ± 10 °C jusqu'à 3
mm des embouts, pendant 3 secondes.
Procédure d'essais : dans tous les cas les échantillons sont mesurés juste avant de subir
l'essai Si le test entraîne des variations de température, l'échantillon sera laissé au repos au
moins 4 heures dans une ambiance de 25 ± 5°C avant d'être mesuré de nouveau, que cet
échauffement soit dû à l'ambiance ou à la puissance dissipée dans la résistance.
3 ) Propriétés – emplois :
Les valeurs nominales s'échelonnent de 10 Ω (quelque fois 1 Ω) jusqu'à 100 MΩ.
Les tolérances sont :
± 10 % ± 5 % (résistances ordinaires),
± 2 % ± 1 % (résistances cc haute stabilité v).
Les puissances nominales s'échelonnent généralement de 1/10 W à 2 W.
Les tensions maximales vont de 100 V (1/10 W) à 1000 V (2 W).
Remarque : il existe des catégories spéciales de résistances à couche de carbone .
• les résistances à forte dissipation qui peuvent atteindre 90 W,
• les résistances pour tensions élevées qui peuvent atteindre 100 kV,
• les résistances pour hautes fréquences sont à couche continue au lieu d'être à
couche hélicoïdale.
Cette dernière introduit une inductance nuisible à une utilisation en H.F.
Avantages des résistances à couche :
• le bruit de fond est beaucoup plus faible que celui des résistances agglomérées (au
moins dix fois plus faible),
• elles ne possèdent pratiquement pas de capacité,
• le coefficient de tension
∆R / R
est faible (de l'ordre de 10 à 30.10-6)
∆U
• elles sont peu encombrantes.
Inconvénients :
• leur prix est généralement supérieur à celui des résistances agglomérées,
• la couche est fragile et supporte mal les surcharges,
• les résistances à couche hélicoïdale présentent une inductance qui nuit à leur
utilisation aux fréquences élevées (quelque 10 MHz).
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12
En résumé, ces résistances sont d'un emploi courant surtout en matériel professionnel où
leurs propriétés s'avèrent être généralement un bon compromis.
III ) RESISTANCES METALLIQUES BOBINEES :
A ) Généralités :
1 ) Différents types :
Nous classerons les résistances métalliques bobinées en deux types :
• les résistances de précision subdivisées en « résistances inductives » et
« résistances non inductives »,
• les résistances de puissance.
2 ) Normalisation des valeurs :
Les résistances bobinées de puissance suivent de préférence la série E12 (± 10 %) et
parfois la série E24 (± 5 %).
3 ) Marquage des résistances :
Les résistances sont marquées en clair (valeurs numériques exprimées). Les résistances de
faible puissance donc de faibles dimensions permettent de marquer uniquement la valeur
nominale et la tolérance. Les résistances de forte puissance possèdent en plus l'indication
de la puissance nominale dissipable.
B ) Résistances bobinées de précision :
1 ) Constitution :
Le bobinage est généralement un fil en alliage de nickel-chrome ou de nickel-cuivre. Ces
alliages sont utilisés pour leur résistivité élevée (de l'ordre de 100.10-8 Ω.m) afin que la
longueur du fil ne soit pas trop grande et la section suffisante pour l'exécution du bobinage.
D'autre part leur coefficient de température est faible.
Le support est en céramique (peu altérable à la température mais sensible aux chocs) ou
de plus en plus en matériau plastique (plus altérable à la température mais plus facilement
usinable).
La protection est obtenue généralement par moulage du bobinage en matière plastique.
Les « sorties » (connexions) peuvent être radiales, axiales ou par colliers.
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13
Certains bobinages, « AYRTON PERRY » par exemple, permettent de diminuer
l'inductance de l'enroulement qui est de l'ordre du micro-henry.
La réalisation de ce bobinage est obtenue par deux enroulements disposés en parallèle et
bobinés à plat en sens contraire (Fig. 7).
Figure 7
Les vecteurs induction des deux enroulements sont alors opposés, de ce fait le flux dû au
bobinage est très faible.
L'inductance entre les extrémités A et B est alors pratiquement négligeable dans les
montages habituels.
2 ) Propriétés :
• résistances nominales Rn : 0,1 Ω à quelques MΩ,
• tolérances : ± 1 %, ± 0,5 %, ± 0,2 %, ±0,1 %,
• puissances nominales P" : 0,1 W à quelques W,
• tensions maximales Uc : 250 V à quelques kV,
• coefficient de température : il est généralement positif et peut atteindre 200.106
/°C,
• influence de la température sur la puissance dissipable : la puissance admissible
dépend de la tolérance sur la résistance nominale et de la température ambiante.
La Figure 5 représente les courbes généralement admises,
• coefficient de tension : il est généralement négligeable,
• influence de la fréquence : malgré les bobinages « non-inductif », ces résistances
ne conviennent pas aux fréquences très élevées. Car elles possèdent aussi une
capacité répartie de l'ordre du pico-farad,
• facteur de bruit : il est pratiquement négligeable par rapport à celui des résistances
au carbone.
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3 ) Emplois :
Ces résistances très onéreuses sont utilisées lorsqu'une tolérance inférieure à ± 1 % est
nécessaire.
D'autre part elles se caractérisent par une très bonne stabilité et un facteur de bruit
négligeable.
C ) Résistances bobinées de puissance :
1 ) Constitution :
Le bobinage utilise généralement un fil en alliage de nickel-chrome ou de nickel-cuivre.
Dans le cas particulier des résistances de faible valeur et de forte puissance on utilise un
ruban bobiné à plat ou sur champ.
Le support, isolant, doit résister à des températures élevées. C'est un tube lisse ou nervuré
en porcelaine, en stéatite ou en alumine.
La protection est constituée :
• soit d'une peinture cuite au four, cette protection sommaire, peu onéreuse,
correspond au matériel « grand public »,
• soit d'un ciment ou d'une vitrification. Cette protection, plus efficace, est utilisée
généralement pour le matériel professionnel.
Les sorties sont assurées .
• par fils pour les résistances de faibles puissances,
• par pattes ou par colliers pour les résistances de fortes puissances.
2 ) Proprietés :
• résistances nominales Rn : 1 Ω à 200 kΩ,
• tolérances : ± 10 % ± 5 %,
• puissances nominales Pn : quelques W à 1000 W,
• tensions maximales Uc : elle peut atteindre quelques kV,
• coefficient de température : il est positif, inférieur à 200.10-6/°C,
• influence de la température sur la puissance dissipable : en pratique, nous
rencontrons les deux possibilités représentées sur la figure 6,
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• influence de la fréquence : du fait de leur inductance ces résistances ne
conviennent pas aux fréquences élevées (au-delà de quelques dizaines de kHz).
Les modèles non inductifs (par exemple « AYRTON PERRY ») peuvent être
utilisés jusqu'à quelques MHz,
• facteur de bruit : il est pratiquement négligeable.
3 ) Emplois :
Ces résistances, d'une bonne stabilité peuvent être utilisées lorsque la puissance à dissiper
est importante mais elles conviennent mal aux fréquences élevées.
IV ) RESISTANCES METALLIQUES NON BOBINEES :
A ) Généralités :
1 ) Différents types :
Nous adopterons la classification suivante :
• résistances à film métallique,
• résistances à couche d'oxyde métallique,
• autres types : d'emploi moins fréquent.
2 ) Normalisation des valeurs :
Les valeurs de résistance s'échelonnent généralement suivant la série E24 (± 5 %). Certains
constructeurs livrent la série E 96 (± 1 %).
3 ) Marquage des résistances :
Les résistances métalliques non bobinées sont généralement marquées en clair (valeur
numérique exprimée) sur le corps de la résistance. Les faibles dimensions des résistances
permettent de marquer uniquement la valeur nominale et la tolérance. Les autres
renseignements, en particulier la puissance nominale, sont fournis séparément par le
constructeur.
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B ) Résistances à film métallique :
1 ) Constitution :
La couche résistante est obtenue par évaporation sous vide d'un métal (or, platine,
palladium, nickel, chrome, etc.) dans un four où le vide est réalisé jusqu'à une pression de
10-6 mm de mercure.
L'épaisseur de la couche déposée sur le support est comprise entre 100 et 1000 c (1 c =
10-4µm), suivant la nature du métal utilisé et la résistance nominale désirée.
Certains modèles possèdent une rainure hélicoïdale de sorte que la couche forme un ruban
de longueur supérieure à celle du support. De ce fait la valeur de la résistance nominale est
augmentée.
• Le support est un tube de céramique, de verre ou de quartz,
• Les contacts sont constitués en bouts du support, avant formation de la couche
résistante. Ils sont obtenus par dépôt à haute température d'un métal (or, platine),
• La protection est réalisée :
• soit par un vernis au silicone,
• soit par un tube de verre ou de résine époxy.
2 ) Propriétés :
• résistances nominales Rn : 1 Ω à 5 MΩ,
• tolérances : ± 5 %, ± 2 %, ± 1 %, ± 0,5 %, ± 0,2 %,
• puissances nominales Pn : 1/16 W à quelques W,
• tensions maximales Uc : quelques 100 V,
• coefficient de température : il varie entre –500.10-6/°C et 300.l0-6/°C suivant la
nature du film,
• coefficient de tension : il est négligeable,
• influence de la fréquence : ces résistances se comportent comme celles à couche
de carbone.
Elles possèdent une capacité négligeable et une inductance nuisible en haute fréquence
pour les résistances à couche hélicoïdale,
• facteur de bruit : il est inférieur à 0,02 µV/V.
3 ) Emplois :
Ces résistances sont très stables dans le temps mais les surcharges sont à proscrire.
C ) Résistances à couche d'oxyde métallique :
1 ) Constitution :
La couche résistante est obtenue par pulvérisation sur un support d'une solution d'oxydes
métalliques (généralement à base d'étain et d'antimoine).
Les fortes valeurs de résistance sont obtenues en pratiquant une rainure hélicoïdale dans la
couche d'oxyde.
Le support est généralement un tube de verre dérivé du Pyrex
• Les contacts sont obtenus en bouts du support par sertissage d'un embout ,
• La protection est obtenue :
- soit par une peinture au silicone pour les modèles non isolés,
- soit par une résine au silicone ou un tube de verre pour les modèles isolés.
2 ) Propriétés :
• résistances nominales Rn : quelques Ω à quelques MΩ,
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•
•
•
•
•
•
tolérances : ± 5 %, ± 2 %, ± 1 %,
puissances nominales Pn : 1/16 W à quelques W,
tensions maximales Uc : quelques 100 V,
coefficient de température : faible, il est inférieur à 250.10-6/°C,
coefficient de tension : il est de l'ordre de 10-5/V,
influence de la fréquence : bon comportement aux fréquences élevées (10 MHz)
pour les résistances non spiralées,
• facteur de bruit : il est très faible, pratiquement négligeable.
3 ) Emplois :
Ces résistances ont des propriétés comparables à celles des résistances à couche de
carbone. D'autre part elles ont une meilleure stabilité, elle présente un coefficient de
température plus faible.
D ) Autres types :
Nous indiquerons pour mémoire deux autres types de. résistances métalliques :
• les résistances obtenues par photogravure suivant une technologie analogue à
celle des circuits imprimés,
• les résistances à fibre de verre métallisée. Après métallisation, la fibre de verre
est bobinée sur un support isolant (ces résistances constituent une catégorie
spéciale des résistances bobinées).
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Exercices
1 ) CONTROLE RAPIDE CR 1 :
Définir les données suivantes :
• résistance nominale et tolérance associée,
• puissance nominale,
• coefficient de tension,
• facteur de bruit,
• coefficient de température.
2 ) CR 2 :
Quelle différence existe-t-il entre la tension maximale de service et 1a tension nominale ?
Qu'appelle-t-on résistance critique?
3 ) CR 3 :
Quels sont les différents types de résistances?
4 ) CR 4 :
Quelles sont 1es tolérances admises pour 1es résistances ? (envisager les différents types.)
5 ) CR 5 :
Quelles sont 1es valeurs nominales couramment utilisées pour les résistances?
6 ) CR 6 :
Quelles sont les puissances maximales couramment utilisées?
7 ) CR 7 :
Quels sont les avantages et les inconvénients des résistances :
• au carbone aggloméré,
• à couche de carbone,
• métalliques bobinées,
• métalliques non bobinées.
8 ) CR 8 :
Citer quelques exemples d'essais qui sont généralement effectués sur les résistances fixes.
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CORRIGE des Exercices
1 ) CONTROLE RAPIDE CR 1 :
Définir les données suivantes :
• résistance nominale et tolérance associée,
La résistance nominale Rn la valeur de la résistance pour laquelle le composant
a été élaboré.
La tolérance absolue l'écart ∆R maximal admis entre la valeur nominale et la
valeur réelle de l'échantillon.
• puissance nominale,
Dans les conditions normales, la température maximale que peut supporter une
résistance correspond à une puissance absorbée par cette résistance que nous
appelons puissance nominale Pn.
• coefficient de tension,
Le coefficient de tension est la variation relative de la résistance, due à une
variation absolue de tension appliquée de 1 V.
• facteur de bruit,
L'agitation thermique et le passage du courant créent un bruit. Ce bruit est
généralement exprimé en microvolt par volt appliqué à la résistance.
• coefficient de température.
On appelle coefficient de température la variation relative de la résistance due à
une variation absolue de température ambiante de 1°C.
2 ) CR 2 :
Quelle différence existe-t-il entre la tension maximale de service et 1a tension nominale ?
La tension nominale Un est la conséquence de la puissance nominale Pn, elle
correspond à la tension qui provoquerait dans cette résistance une dissipation
thermique égale à Pn.
La tension maximale Uc indiquée par le fabricant, c'est-à-dire la valeur de tension
au-delà de laquelle il y a risque de claquage.
Qu'appelle-t-on résistance critique?
La résistance critique est donnée par la relation : Pn=10 W, Uc=100 V :
U c2 10 4
=
= 1000 Ω
Rc =
Pn
10
3 ) CR 3 :
Quels sont les différents types de résistances?
• Résistances au carbone aggloméré
• Résistances à couches de carbone
• Résistances bobinées de précision
• Résistances bobinées de puissance
• Résistances à film métallique
• Résistances à couches film métallique.
4 ) CR 4 :
Quelles sont 1es tolérances admises pour 1es résistances ? (envisager les différents types.)
• tolérances : ± 20 %, ± 10 %, ± 5 %, ± 2 %, ± 1 %, ± 0,5 %, ± 0,2 %,
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5 ) CR 5 :
Quelles sont 1es valeurs nominales couramment utilisées pour les résistances ?
La série E12, voir E24.
6 ) CR 6 :
Quelles sont les puissances maximales couramment utilisées?
1/16 W à 2 W, voir 1000W, mais le plus courant est 1/4W.
7 ) CR 7 :
Quels sont les avantages et les inconvénients des résistances :
• au carbone aggloméré,
• Avantages :
Bon marché,
Fiables,
Bonne résistance mécanique,
Supportent bien les surcharges.
•
Inconvénients :
Bruit important,
Coefficient de tension important.
• à couche de carbone,
• Avantages :
Faible bruit,
Peu encombrantes,
Inconvénients :
Prix élevé,
Supportent mal les surcharges.
• métalliques bobinées,
• Avantage :
Stables
• métalliques non bobinées.
• Avantage :
Stables
• Inconvénient :
Eviter les surcharges.
8 ) CR 8 :
Citer quelques exemples d'essais qui sont généralement effectués sur les résistances fixes.
Endurance, Essai de surcharge, Essai de surcharge rapide, Essai d'humidité, Essai de
choc thermique, Essai d'isolement, Essai de traction, Essai de pliage des connexion,
Essai de torsion , Essai de soudure.
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RESUME
I ) Résistances au carbone aggloméré :
Valeurs Normalisées : 10 Ω à 22 MΩ
Puissance nominale : 1/10 W à 2 W
Tension Nominale : 350 V
A ) Avantages :
Bon marché,
Fiables,
Bonne résistance mécanique,
Supportent bien les surcharges.
B ) Inconvénients :
Bruit important,
Coefficient de tension important.
II ) Résistances à couches de carbone :
Valeurs Normalisées : 10 Ω à 100 MΩ
Puissance nominale : 1/10 W à 2 W
Tension Nominale : 100 V (1/10 W) à 1000 V (2 W)
A ) Avantages :
Faible bruit,
Peu encombrantes,
Inconvénients :
Prix élevé,
Supportent mal les surcharges.
III ) Résistances bobinées de précision :
Valeurs Normalisées : 0,1 Ω à quelques MΩ
Puissance nominale : 1/10 W à quelques W
Tension Nominale : 250 V à quelques KV
F Basses fréquences
IV ) Résistances bobinées de puissance :
Valeurs Normalisées : 1 Ω à 200 kΩ
Puissance nominale : quelques W à 1000 W
Tension Nominale : quelques KV
F Basses fréquences
A ) Avantage :
Stables
V ) Résistances à film métallique :
Valeurs Normalisées : 1 Ω à 5 MΩ
Puissance nominale : 1/10 W à quelques W
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Tension Nominale : 100 V
F Basses fréquences
A ) Avantage :
Stables
B ) Inconvénient :
Eviter les surcharges.
VI ) Résistances à couches film métallique :
Valeurs Normalisées : 1 Ω à 5 MΩ
Puissance nominale : 1/10 W à quelques W
Tension Nominale : 100 V
F Basses fréquences
A ) Avantage :
Stables
B ) Inconvénient :
Eviter les surcharges.
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