résistance

Une résistance est un composant électronique passif à deux bornes qui met en œuvre une résistance électrique au sein d'un circuit. Dans les circuits électroniques, les résistances servent notamment à réduire l'intensité du courant, à ajuster les niveaux de signal, à diviser les tensions , à polariser des composants actifs et à terminer les lignes de transmission . Les résistances de forte puissance, capables de dissiper plusieurs watts sous forme de chaleur, peuvent être utilisées dans les commandes de moteurs, les réseaux de distribution d'énergie ou comme charges de test pour les générateurs . Les résistances fixes ont une valeur qui ne varie que légèrement avec la température, le temps ou la tension d'alimentation. Les résistances variables peuvent servir à ajuster des éléments de circuit (comme un potentiomètre de volume ou un variateur de lampe) ou à détecter la chaleur, la lumière, l'humidité, la force ou l'activité chimique.

Les résistances sont des éléments courants des réseaux électriques et des circuits électroniques , et sont omniprésentes dans les équipements électroniques . Les résistances pratiques, en tant que composants discrets, peuvent être composées de divers matériaux et se présenter sous différentes formes. Elles sont également intégrées aux circuits intégrés .

La fonction électrique d'une résistance est définie par sa valeur : les résistances commerciales courantes sont fabriquées sur une gamme de plus de neuf ordres de grandeur . La valeur nominale de la résistance se situe dans la tolérance de fabrication , indiquée sur le composant.

Voici deux symboles typiques des schémas de principe :

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  Style ANSI : (a) résistance, (b) rhéostat (résistance variable) et (c) potentiomètre
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  Symbole de résistance CEI

La notation utilisée pour indiquer la valeur d'une résistance dans un schéma de circuit varie.

Un système courant est le code RKM conforme à la norme CEI 60062. Au lieu d'utiliser un séparateur décimal , cette notation emploie une lettre associée à un préfixe SI correspondant à la résistance du composant. Par exemple, 8K2, en tant que code de marquage , dans un schéma de circuit ou une nomenclature (BOM), indique une résistance de 8,2 kΩ. Des zéros supplémentaires indiquent une tolérance plus stricte, par exemple 15M0 pour trois chiffres significatifs. Lorsque la valeur peut être exprimée sans préfixe (c'est-à-dire avec un multiplicateur de 1), on utilise « R » à la place du séparateur décimal. Par exemple, 1R2 indique 1,2 Ω et 18R indique 18 Ω.

Une résistance idéale (c'est-à-dire une résistance sans réactance ) obéit à la loi d'Ohm :

La loi d'Ohm stipule que la tension ( V) aux bornes d'une résistance est proportionnelle au courant ( I) qui la traverse, le coefficient de proportionnalité étant la résistance ( R). Par exemple, si une résistance de 300 ohms est branchée aux bornes d'une batterie de 12 volts, un courant de 12 / 300 = 0,04 ampères la traverse.

L' ohm (symbole : Ω ) est l' unité SI de résistance électrique , nommée d'après Georg Simon Ohm . Un ohm est équivalent à un volt par ampère . Les résistances étant spécifiées et fabriquées sur une très large gamme de valeurs, les unités dérivées de milliohm (1 mΩ = 10⁻³ ^Ω ), de kilohm (1 kΩ = 10³ ^Ω ) et de mégohm (1 MΩ = 10⁶ ^Ω ) sont également couramment utilisées.

La résistance totale de résistances connectées en série est la somme de leurs valeurs de résistance individuelles.

La résistance totale de résistances connectées en parallèle est l'inverse de la somme des inverses des résistances individuelles.

Par exemple, une résistance de 10 ohms connectée en parallèle avec une résistance de 5 ohms et une résistance de 15 ohms produit ⁠1/1/10 + 1/5 + 1/15ohms de résistance, ou30/11= 2,727 ohms.

Un réseau de résistances combinant des connexions parallèles et séries peut être décomposé en sous-réseaux plus petits, composés soit de l'un, soit de l'autre. Certains réseaux complexes de résistances ne peuvent être résolus de cette manière et nécessitent une analyse de circuit plus poussée. Généralement, la transformée en Y-Δ ou les méthodes matricielles permettent de résoudre ces problèmes.

À tout instant, la puissance P (watts) consommée par une résistance R (ohms) se calcule comme suit : où V (volts) est la tension aux bornes de la résistance et I (ampères) le courant qui la traverse. La loi d'Ohm permet d'obtenir deux autres expressions. Cette puissance est convertie en chaleur, laquelle doit être dissipée par le boîtier de la résistance avant que sa température ne devienne excessive.

Les résistances sont caractérisées par leur puissance dissipée maximale. Dans les systèmes électroniques à semi-conducteurs, les résistances discrètes ont généralement une puissance nominale de 1/10 , 1/8 ou 1/4 watt . Elles absorbent habituellement bien moins d'un watt et leur puissance nominale ne nécessite que peu d' attention.

Les résistances de puissance sont conçues pour dissiper une puissance importante et sont généralement utilisées dans les alimentations, les circuits de conversion de puissance et les amplificateurs de puissance ; cette appellation s'applique de manière générale aux résistances d'une puissance nominale de 1 watt ou plus. Les résistances de puissance sont physiquement plus volumineuses et peuvent ne pas utiliser les valeurs, les codes couleur et les boîtiers externes décrits ci-dessous.

Si la puissance moyenne dissipée par une résistance dépasse sa puissance nominale, celle-ci risque d'être endommagée, ce qui modifie sa résistance de façon permanente. Ce phénomène est différent de la variation réversible de résistance due à son coefficient de température lorsqu'elle chauffe. Une dissipation de puissance excessive peut élever la température de la résistance au point de brûler le circuit imprimé ou les composants adjacents, voire provoquer un incendie. Il existe des résistances antidéflagrantes qui ne produisent pas de flammes, quelle que soit la durée de la surcharge.

Les résistances peuvent être spécifiées avec une dissipation nominale supérieure à celle rencontrée en service afin de tenir compte d'une mauvaise circulation de l'air, d'une altitude élevée ou d' une température de fonctionnement élevée .

Chaque résistance possède une tension maximale admissible ; celle-ci peut limiter la puissance dissipée pour les valeurs de résistance élevées. Par exemple, parmi les résistances de 1/4 watt (un type très courant de résistance à fils ) , l'une présente une résistance de 100 MΩ et une tension maximale admissible de 750 V. Cependant, même en appliquant une tension de 750 V en continu à une résistance de 100 MΩ, la puissance dissipée ne serait que inférieure à 6 mW, rendant ainsi la valeur nominale de 1/4 watt sans intérêt.

Les résistances courantes possèdent une inductance série et une faible capacité parallèle ; ces caractéristiques peuvent être importantes dans les applications haute fréquence. Bien qu'une résistance idéale présente intrinsèquement du bruit de Johnson , certaines résistances ont des caractéristiques de bruit plus importantes et peuvent donc poser problème pour les amplificateurs à faible bruit ou d'autres composants électroniques sensibles .

Dans certaines applications de précision, le coefficient de température de la résistance peut également être un facteur important.

L'inductance indésirable, le bruit excessif et le coefficient de température dépendent principalement de la technologie de fabrication de la résistance. Ils ne sont généralement pas spécifiés individuellement pour une famille de résistances donnée, fabriquée selon une technologie particulière. Une famille de résistances discrètes peut également être caractérisée par son facteur de forme, c'est-à-dire la taille du composant et la position de ses broches (ou bornes). Ce critère est important pour la fabrication pratique des circuits susceptibles de les utiliser.

Les résistances pratiques sont également spécifiées par une puissance admissible maximale qui doit dépasser la puissance dissipée prévue dans un circuit donné : ce point est particulièrement important en électronique de puissance. Les résistances de puissance admissible élevée sont physiquement plus volumineuses et peuvent nécessiter des dissipateurs thermiques . Dans un circuit haute tension, il est parfois nécessaire de tenir compte de la tension de service maximale admissible de la résistance. Bien qu'il n'existe pas de tension de service minimale pour une résistance donnée, ignorer sa tension admissible maximale peut entraîner sa destruction par combustion lors du passage du courant.

Les composants traversants possèdent généralement des broches (prononcées / liːdz / ) qui quittent le corps axialement, c'est-à-dire parallèlement à l'axe le plus long du composant. D'autres composants ont des broches qui sortent du corps radialement. Certains composants sont de type CMS ( composant monté en surface), tandis que les résistances de puissance peuvent avoir une de leurs broches intégrée au dissipateur thermique .

Les résistances à composition de carbone (RCC) sont constituées d'un élément résistif cylindrique massif muni de fils conducteurs intégrés ou de capuchons métalliques auxquels sont fixés ces fils. Le corps de la résistance est protégé par de la peinture ou du plastique. Au début du XXe siècle, les résistances à composition de carbone n'étaient pas isolées ; les fils conducteurs étaient enroulés autour des extrémités de l'élément résistif et soudés. La résistance ainsi assemblée était peinte pour identifier sa valeur par un code couleur .

L'élément résistif des résistances à composition de carbone est constitué d'un mélange de carbone finement pulvérisé et d'un matériau isolant, généralement de la céramique. Une résine assure la cohésion du mélange. La résistance est déterminée par le rapport entre le matériau de remplissage (la céramique en poudre) et le carbone. Plus la concentration en carbone, bon conducteur, est élevée, plus la résistance est faible. Couramment utilisées dans les années 1960 et avant, les résistances à composition de carbone sont aujourd'hui délaissées au profit d'autres types présentant de meilleures caractéristiques, notamment en termes de tolérance, de dépendance à la tension et de résistance aux contraintes. Leur valeur varie sous l'effet des surtensions. De plus, une humidité interne importante, due par exemple à une exposition prolongée à un environnement humide, peut entraîner une variation irréversible de la résistance sous l'effet de la chaleur de soudure. Ces résistances présentent une faible stabilité dans le temps et étaient donc triées en usine avec une tolérance de seulement 5 % au mieux. Non inductives, elles sont particulièrement avantageuses pour la réduction des impulsions de tension et la protection contre les surtensions. Les résistances à composition de carbone ont une capacité de surcharge plus élevée par rapport à la taille du composant.

Les résistances à composition de carbone sont toujours disponibles, mais relativement chères. Leurs valeurs varient de quelques fractions d'ohm à 22 mégohms. Du fait de leur prix élevé, elles ne sont plus utilisées dans la plupart des applications. On les retrouve cependant dans les alimentations et les systèmes de commande de soudage . Elles sont également recherchées pour la réparation d'équipements électroniques anciens, pour lesquels l'authenticité est primordiale.

Une résistance à pile de carbone est constituée d'un empilement de disques de carbone comprimés entre deux plaques de contact métalliques. Le réglage de la pression de serrage modifie la résistance entre les plaques. Ces résistances sont utilisées lorsqu'une charge ajustable est requise, par exemple pour tester les batteries automobiles ou les émetteurs radio. Une résistance à pile de carbone peut également servir de variateur de vitesse pour les petits moteurs d'appareils électroménagers (machines à coudre, mixeurs plongeants) d'une puissance allant jusqu'à quelques centaines de watts. Une résistance à pile de carbone peut être intégrée dans les régulateurs de tension automatiques pour générateurs, où la pile de carbone contrôle le courant d'excitation afin de maintenir une tension relativement constante. Ce principe est également appliqué dans les microphones à charbon .

Lors de la fabrication de résistances à couche de carbone, une couche de carbone est déposée sur un substrat isolant, puis une hélice y est découpée afin de créer un chemin résistif long et étroit. La variété des formes, combinée à la résistivité du carbone amorphe (de 500 à 800 µΩ·m), permet d'obtenir une large gamme de valeurs de résistance. Les résistances à couche de carbone présentent un bruit plus faible que les résistances à composition de carbone grâce à la distribution précise du graphite pur, sans liant. Leur puissance nominale est comprise entre 0,125 W et 5 W à 70 °C. Les résistances disponibles s'échelonnent de 1 ohm à 10 mégohms. La plage de températures de fonctionnement des résistances à couche de carbone est de -55 °C à 155 °C. Leur tension de fonctionnement maximale est de 200 à 600 volts. Des résistances à couche de carbone spéciales sont utilisées dans les applications exigeant une grande stabilité des impulsions.

Les résistances à composition de carbone peuvent être imprimées directement sur les substrats de circuits imprimés (PCB) lors du processus de fabrication . Bien que cette technique soit plus courante sur les modules PCB hybrides, elle peut également être utilisée sur les PCB en fibre de verre standard. Les tolérances sont généralement assez importantes et peuvent atteindre 30 %. Une application typique serait celle des résistances de rappel non critiques .

Les résistances à couche épaisse se sont popularisées dans les années 1970, et la plupart des résistances CMS (composants montés en surface) actuelles sont de ce type. L'élément résistif des couches épaisses est 1 000 fois plus épais que celui des couches minces , mais la principale différence réside dans le mode d'application de la couche : sur le cylindre (résistances axiales) ou sur la surface (résistances CMS).

Les résistances en couches minces sont fabriquées par pulvérisation cathodique (une méthode de dépôt sous vide ) du matériau résistif sur un substrat isolant. La couche est ensuite gravée de manière similaire à l'ancien procédé (soustractif) de fabrication des circuits imprimés : la surface est recouverte d'un matériau photosensible , puis d'un film à motifs, irradiée par des ultraviolets , et enfin la couche photosensible exposée est développée, ce qui entraîne la gravure de la couche mince sous-jacente.

Les résistances à couche épaisse sont fabriquées à l'aide de procédés d'impression sérigraphique et au pochoir.

Comme la durée de la pulvérisation cathodique est contrôlable, l'épaisseur du film mince peut être précisément déterminée. La nature du matériau varie également ; il peut s'agir d'un ou plusieurs conducteurs céramiques ( cermets ) tels que le nitrure de tantale (TaN) ou l'oxyde de ruthénium ( RuO₂) .₂), oxyde de plomb (PbO), ruthénate de bismuth ( Bi₂Ru₂O₇), le nickel-chrome (NiCr) ou l'iridate de bismuth ( Bi₂Ir₂O₇).

La résistance des résistances à couche mince et à couche épaisse, après fabrication, présente une précision limitée ; elles sont généralement ajustées à une valeur précise par usinage abrasif ou laser . Les résistances à couche mince sont généralement spécifiées avec des tolérances de 1 % à 5 % et des coefficients de température de 5 à 50 ppm/K . Elles présentent également des niveaux de bruit beaucoup plus faibles , de l’ordre de 10 à 100 fois inférieurs à ceux des résistances à couche épaisse. Les résistances à couche épaisse peuvent utiliser les mêmes céramiques conductrices, mais celles-ci sont mélangées à du verre fritté (en poudre) et à un liquide porteur afin que le composite puisse être sérigraphié . Ce composite de verre et de céramique conductrice (cermet) est ensuite fondu (cuit) dans un four à environ 850 °C.

Lors de leur première fabrication, les résistances à couche épaisse présentaient des tolérances de 5 %, mais ces tolérances standard ont été réduites à 2 % ou 1 % au cours des dernières décennies. Le coefficient de température des résistances à couche épaisse est généralement de ±200 ou ±250 ppm/K ; une variation de température de 40 kelvins (70 °F) peut entraîner une variation de résistance de 1 %.

Les résistances à couche mince sont généralement beaucoup plus chères que les résistances à couche épaisse. Par exemple, les résistances à couche mince CMS, avec une tolérance de 0,5 % et un coefficient de température de 25 ppm/K, coûtent environ deux fois plus cher, lorsqu'elles sont achetées en bobines complètes, que les résistances à couche épaisse de 1 % et 250 ppm/K.

De nos jours, les résistances à couche métallique sont un type courant de résistances à fils axiaux. Les résistances MELF (Metal Electrode Leadless Face ) utilisent souvent la même technologie.

Les résistances à couche métallique sont généralement revêtues de nickel-chrome (NiCr), mais peuvent être revêtues de n'importe quel matériau cermet mentionné précédemment pour les résistances à couche mince. Contrairement à ces dernières, le matériau peut être appliqué par différentes techniques que la pulvérisation cathodique (bien que cette dernière soit utilisée). La valeur de la résistance est déterminée par la gravure d'une hélice dans le revêtement plutôt que par gravure chimique, de manière similaire à la fabrication des résistances au carbone. Il en résulte une tolérance raisonnable (0,5 %, 1 % ou 2 %) et un coefficient de température généralement compris entre 50 et 100 ppm/K. Les résistances à couche métallique présentent de bonnes caractéristiques de bruit et une faible non-linéarité grâce à un faible coefficient de tension. Leur stabilité à long terme est également un atout.

Les résistances à couche d'oxyde métallique sont composées d'oxydes métalliques, ce qui leur confère une température de fonctionnement plus élevée, ainsi qu'une stabilité et une fiabilité supérieures aux résistances à couche métallique. Elles sont utilisées dans des applications exigeant une grande endurance.

Les résistances bobinées sont généralement fabriquées en enroulant un fil métallique, généralement du nichrome , autour d'un noyau en céramique, en plastique ou en fibre de verre. Les extrémités du fil sont soudées à deux capuchons ou anneaux, fixés aux extrémités du noyau. L'ensemble est protégé par une couche de peinture, de plastique moulé ou d' émail cuit à haute température. Ces résistances sont conçues pour résister à des températures exceptionnellement élevées, jusqu'à 450 °C. Les fils conducteurs des résistances bobinées de faible puissance ont généralement un diamètre compris entre 0,6 et 0,8 mm et sont étamés pour faciliter le soudage. Pour les résistances bobinées de puissance supérieure, on utilise soit un boîtier extérieur en céramique, soit un boîtier extérieur en aluminium sur une couche isolante. Si le boîtier extérieur est en céramique, ces résistances sont parfois qualifiées de « résistances cimentées », bien qu'elles ne contiennent pas de ciment traditionnel . Les résistances à boîtier en aluminium sont conçues pour être fixées à un dissipateur thermique afin de dissiper la chaleur. La puissance nominale dépend de l'utilisation d'un dissipateur thermique adapté ; par exemple, une résistance de 50 W surchauffera à une puissance dissipée bien moindre si elle n'est pas utilisée avec un dissipateur thermique. Les résistances bobinées de grande taille peuvent supporter 1 000 watts, voire plus.

Les résistances bobinées, étant des bobines, présentent une inductance plus élevée que les autres types de résistances. Cependant, un enroulement alterné du fil permet de minimiser cette inductance. D'autres techniques utilisent un enroulement bifilaire ou un support plat et mince (afin de réduire la section de la bobine). Pour les circuits les plus exigeants, on utilise des résistances à enroulement Ayrton-Perry .

Les applications des résistances bobinées sont similaires à celles des résistances composites, à l'exception des applications à haute fréquence. La réponse en haute fréquence des résistances bobinées est nettement inférieure à celle d'une résistance composite.

En 1960, Felix Zandman et Sidney J. Stein ont présenté un développement de film résistif de très haute stabilité.

L'élément résistif principal d'une résistance à feuille métallique est une feuille d'alliage chrome-nickel de quelques micromètres d'épaisseur. Les alliages chrome-nickel se caractérisent par une résistivité électrique élevée (environ 58 fois celle du cuivre), un faible coefficient de température et une forte résistance à l'oxydation. On peut citer comme exemples le Chromel A et le Nichrome V, dont la composition typique est de 80 % de Ni et 20 % de Cr, avec un point de fusion de 1420 °C. L'ajout de fer confère à l'alliage chrome-nickel une plus grande ductilité. Le Nichrome et le Chromel C sont des exemples d'alliages contenant du fer. La composition typique du Nichrome est de 60 % de Ni, 12 % de Cr, 26 % de Fe et 2 % de Mn, et celle du Chromel C, de 64 % de Ni, 11 % de Cr et 25 % de Fe. Les températures de fusion de ces alliages sont respectivement de 1350 °C et 1390 °C.

Depuis leur apparition dans les années 1960, les résistances à film mince offrent la meilleure précision et la meilleure stabilité parmi toutes les résistances disponibles. L'un des paramètres importants de cette stabilité est le coefficient de température de résistance (CTR). Le CTR des résistances à film mince est extrêmement faible et a été encore amélioré au fil des ans. Une gamme de résistances à film mince ultra-précises présente un CTR de 0,14 ppm/°C, une tolérance de ±0,005 %, une stabilité à long terme de 25 ppm (1 an) et de 50 ppm (3 ans), cette dernière étant encore améliorée d'un facteur 5 grâce à un scellement hermétique. La stabilité sous charge est de 0,03 % (2 000 heures), la force électromotrice thermique de 0,1 μV/°C, le bruit de −42 dB, le coefficient de tension de 0,1 ppm/V, l'inductance de 0,08 μH et la capacité de 0,5 pF.

La stabilité thermique de ce type de résistance est également liée aux effets opposés de l'augmentation de la résistance électrique du métal avec la température et de sa réduction par dilatation thermique entraînant une augmentation de l'épaisseur de la feuille, dont les autres dimensions sont contraintes par un substrat céramique.

Un shunt d'ampèremètre est un type particulier de résistance de détection de courant, possédant quatre bornes et une valeur exprimée en milliohms, voire en microohms. Les appareils de mesure de courant, utilisés seuls, ne peuvent généralement accepter que des courants limités. Pour mesurer des courants élevés, le courant traverse le shunt, dont les bornes entraînent une chute de tension qui est ensuite interprétée comme le courant. Un shunt typique se compose de deux blocs métalliques massifs, parfois en laiton, montés sur un socle isolant. Entre les blocs, soudées ou brasées, se trouvent une ou plusieurs bandes d' alliage de manganine à faible coefficient de température de résistance (CTR) . De gros boulons vissés dans les blocs assurent les connexions de courant, tandis que des vis beaucoup plus petites permettent les connexions du voltmètre. Les shunts sont caractérisés par leur courant nominal et présentent souvent une chute de tension de 50 mV à ce courant. Ces appareils sont adaptés au courant nominal du shunt grâce à un cadran gradué en conséquence ; aucune autre modification n'est nécessaire sur les autres composants de l'appareil.

Dans les applications industrielles à forte intensité, une résistance de grille est un réseau de bandes d'alliage métallique estampées, refroidi par convection et disposées en rangées entre deux électrodes. Ces résistances industrielles peuvent être aussi volumineuses qu'un réfrigérateur ; certains modèles supportent un courant supérieur à 500 ampères, avec des valeurs de résistance inférieures à 0,04 ohm. Elles sont utilisées dans des applications telles que le freinage dynamique et la mise en charge des locomotives et des tramways, la mise à la terre du neutre pour la distribution de courant alternatif industrielle, la commande de charges pour les grues et les engins lourds, les essais de charge des générateurs et le filtrage des harmoniques pour les sous-stations électriques.

Le terme « résistance de grille » est parfois utilisé pour désigner une résistance de tout type connectée à la grille de commande d'un tube à vide . Il ne s'agit pas d'une technologie de résistance, mais d'une topologie de circuit électronique.

• Cermet
• phénolique
• Tantale
• Résistance à l'eau

Une résistance peut comporter un ou plusieurs points de connexion fixes permettant de modifier sa valeur en déplaçant les fils de connexion sur différentes bornes. Certaines résistances bobinées de puissance possèdent un point de connexion coulissant le long de l'élément résistif, ce qui permet d'utiliser une portion plus ou moins importante de la résistance.

Lorsqu'un réglage continu de la résistance est nécessaire pendant le fonctionnement d'un équipement, le robinet de résistance coulissante peut être relié à un bouton accessible à l'opérateur. Ce dispositif, appelé rhéostat , possède deux bornes.

Un potentiomètre (communément appelé « pot » ) est une résistance à trois bornes dont le point de réglage est ajustable en continu par rotation d'un axe ou d'un bouton, ou par un curseur linéaire. Son nom provient de sa fonction de diviseur de tension ajustable, permettant de fournir un potentiel variable à la borne connectée au point de réglage. Le contrôle du volume dans un appareil audio est une application courante du potentiomètre. Un potentiomètre basse consommation typique (voir schéma) est constitué d'un élément résistif plat (B) en carbone, en film métallique ou en plastique conducteur, avec un contact coulissant (C) en bronze phosphoreux qui se déplace le long de sa surface. Une autre conception consiste en un fil résistif enroulé sur un support, le curseur se déplaçant axialement le long de la bobine. Ces potentiomètres ont une résolution plus faible, car la résistance varie par paliers lorsque le curseur se déplace, correspondant à la résistance d'une spire.

Les potentiomètres multitours haute résolution sont utilisés dans les applications de précision. Ils sont constitués d'éléments résistifs bobinés, généralement sur un mandrin hélicoïdal. Le curseur se déplace sur une piste hélicoïdale lorsque la commande est tournée, assurant un contact continu avec le fil. Certains modèles comportent un revêtement conducteur en plastique sur le fil pour améliorer la résolution. Ils offrent généralement dix tours d'axe pour couvrir toute leur plage de réglage. Leur réglage s'effectue généralement à l'aide de cadrans comprenant un compteur de tours et une graduation, et ils peuvent généralement atteindre une résolution à trois chiffres. Les calculateurs analogiques les utilisaient en grand nombre pour le réglage des coefficients, et les oscilloscopes à balayage retardé des dernières décennies en intégraient un sur leur panneau.

• 
  potentiomètre typique à montage sur panneau
• 
  Un assortiment de petits potentiomètres traversants conçus pour le montage sur circuits imprimés .

Une boîte de résistances décadaires, ou boîte de substitution de résistances, est un dispositif contenant des résistances de différentes valeurs, avec un ou plusieurs commutateurs mécaniques permettant de sélectionner l'une des nombreuses résistances discrètes proposées. La précision de la résistance est généralement élevée, allant de 20 ppm (qualité laboratoire/étalonnage) à 1 % (qualité terrain). Des boîtes économiques, mais moins précises, sont également disponibles. Tous les types offrent une solution pratique pour sélectionner et modifier rapidement une résistance lors de travaux de laboratoire, d'expérimentation et de développement, sans avoir à connecter les résistances une par une, ni même à stocker chaque valeur. La plage de résistances proposée, la résolution maximale et la précision caractérisent la boîte. Par exemple, une boîte offre des résistances de 0 à 100 mégohms, une résolution maximale de 0,1 ohm et une précision de 0,1 %.

Il existe divers dispositifs dont la résistance varie en fonction de différents paramètres. La résistance des thermistances NTC présente un coefficient de température fortement négatif, ce qui les rend utiles pour la mesure des températures. Comme leur résistance peut être élevée jusqu'à ce qu'elles chauffent sous l'effet du courant, elles sont également couramment utilisées pour prévenir les surtensions excessives lors de la mise sous tension d'un équipement. De même, la résistance d'un humistor varie en fonction de l'humidité. Un type de photodétecteur, la photorésistance , possède une résistance qui varie en fonction de l'éclairage.

La jauge de contrainte , inventée par Edward E. Simmons et Arthur C. Ruge en 1938, est un type de résistance dont la valeur varie sous l'effet d'une contrainte appliquée. On peut utiliser une seule résistance, une paire (demi-pont) ou quatre résistances montées en pont de Wheatstone . La jauge est collée à l'objet soumis à une contrainte mécanique . Grâce à la jauge, un filtre, un amplificateur et un convertisseur analogique-numérique, il est possible de mesurer la contrainte exercée sur l'objet.

Une invention similaire, mais plus récente, utilise un composite à effet tunnel quantique pour détecter les contraintes mécaniques. Ce composite laisse passer un courant dont l'intensité peut varier d'un facteur 10¹² ^en fonction des variations de pression appliquée.

La valeur d'une résistance peut être mesurée à l'aide d'un ohmmètre , qui peut être une fonction d'un multimètre . Généralement, les pointes de touche des cordons de test sont connectées à la résistance. Un ohmmètre simple applique une tension provenant d'une pile aux bornes de la résistance inconnue (avec une résistance interne de valeur connue en série), produisant un courant qui actionne un galvanomètre . Conformément à la loi d'Ohm , ce courant est inversement proportionnel à la somme de la résistance interne et de la résistance testée, ce qui donne une échelle analogique très non linéaire, graduée de l'infini à 0 ohm. Un multimètre numérique, utilisant des composants électroniques actifs, peut quant à lui faire passer un courant spécifié à travers la résistance testée. La tension générée aux bornes de la résistance testée est alors linéairement proportionnelle à sa valeur, qui est mesurée et affichée. Dans les deux cas, les calibres de faible résistance du multimètre laissent passer un courant beaucoup plus important dans les cordons de test que les calibres de haute résistance. Cela permet aux tensions présentes d'être à des niveaux raisonnables (généralement inférieurs à 10 volts) mais toujours mesurables.

Pour mesurer avec une précision acceptable des résistances de faible valeur, comme les résistances fractionnaires, il est nécessaire d'utiliser quatre bornes de mesure . Une paire de bornes applique un courant connu et calibré à la résistance, tandis que l'autre paire mesure la chute de tension à ses bornes. Certains ohmmètres, milliohmmètres et même certains multimètres numériques de qualité laboratoire utilisent quatre bornes d'entrée à cet effet, compatibles avec des cordons de test spéciaux appelés pinces Kelvin . Chaque pince possède deux mâchoires isolées l'une de l'autre. Une borne de chaque pince applique le courant de mesure, tandis que les autres servent uniquement à mesurer la chute de tension. La résistance est ensuite calculée à l'aide de la loi d'Ohm, en divisant la tension mesurée par le courant appliqué.

Les caractéristiques des résistances sont quantifiées et rapportées selon différentes normes nationales. Aux États-Unis, la norme MIL-STD-202 contient les méthodes d'essai pertinentes auxquelles se réfèrent d'autres normes.

Il existe différentes normes spécifiant les propriétés des résistances destinées à être utilisées dans les équipements :

• IEC 60062 (IEC 62) / DIN 40825 / BS 1852 / IS 8186 / JIS C 5062 etc. ( Code couleur des résistances , code RKM , code de date)
• EIA RS-279 / DIN 41429 (Code couleur des résistances)
• IEC 60063 (IEC 63) / JIS C 5063 (Valeurs de la série E standard)
• MIL-PRF-26
• MIL-PRF-39007 (Puissance fixe, fiabilité établie)
• MIL-PRF-55342 (Composants à montage en surface, couches épaisses et minces)
• MIL-PRF-914
• Norme MIL-R-11 annulée
• MIL-R-39017 (Fixe, Usage général, Fiabilité établie)
• MIL-PRF-32159 (cavaliers de résistance nulle)
• UL 1412 (fusibles et résistances à température limitée)

Il existe d'autres normes MIL-R pour les achats militaires aux États-Unis.

L' étalon primaire de résistance, l'« ohm de mercure », a été initialement défini en 1884 comme une colonne de mercure de 106,3 cm de long et de 1 mm² de section, à 0 °C . Les difficultés rencontrées pour mesurer précisément les constantes physiques nécessaires à la reproduction de cet étalon entraînent des variations pouvant atteindre 30 ppm. À partir de 1900, l'ohm de mercure a été remplacé par une plaque de manganine usinée avec précision . Depuis 1990, l'étalon international de résistance repose sur l' effet Hall quantique découvert par Klaus von Klitzing , qui a reçu le prix Nobel de physique en 1985.

Des résistances de très haute précision sont fabriquées pour l'étalonnage et les applications de laboratoire . Elles peuvent comporter quatre bornes : une paire sert à transporter le courant de fonctionnement et l'autre à mesurer la chute de tension. Ceci élimine les erreurs dues aux chutes de tension aux bornes des résistances internes, car aucun courant ne circule dans les conducteurs de mesure de tension. Ce procédé est particulièrement important pour les résistances de faible valeur (100 Ω à 0,0001 Ω) où la résistance interne est significative, voire comparable à la valeur de référence.

Les boîtiers des résistances axiales sont généralement beiges, marron, bleus ou verts (bien que d'autres couleurs existent parfois, comme le rouge foncé ou le gris foncé). Ils comportent de trois à six bandes colorées indiquant la résistance (et par conséquent la tolérance), et peuvent inclure des bandes indiquant le coefficient de température et la classe de fiabilité. Pour les résistances à quatre bandes, les deux premières représentent les deux premiers chiffres de la résistance en ohms , la troisième un multiplicateur et la quatrième la tolérance (qui, en l'absence de bande, indique ±20 %). Pour les résistances à cinq et six bandes, la troisième bande correspond au troisième chiffre, la quatrième au multiplicateur et la cinquième à la tolérance ; une sixième bande représente le coefficient de température. La puissance admissible de la résistance n'est généralement pas indiquée et se déduit de sa taille.

Les résistances à montage en surface sont marquées numériquement.

Au début du XXe siècle, les résistances, essentiellement non isolées, étaient trempées dans de la peinture recouvrant entièrement leur corps pour un codage couleur. Cette couleur de base représentait le premier chiffre. Une seconde couleur de peinture était appliquée à une extrémité de l'élément pour représenter le deuxième chiffre, et un point (ou une bande) de couleur au milieu indiquait le troisième chiffre. La règle était « corps, extrémité, point », fournissant ainsi deux chiffres significatifs pour la valeur et le multiplicateur décimal, dans cet ordre. La tolérance standard était de ±20 %. Les résistances à tolérance plus serrée étaient peintes en argent (±10 %) ou en or (±5 %) à l'autre extrémité.

Les premières résistances étaient fabriquées avec des valeurs numériques arrondies plus ou moins arbitraires ; une série pouvait comporter des résistances de 100, 125, 150, 200, 300 Ω, etc. Les premières résistances bobinées de puissance, comme les modèles en émail vitrifié brun, étaient fabriquées selon un système de valeurs privilégiées, similaire à celles mentionnées ici. Les résistances, telles que fabriquées, présentent une certaine tolérance relative , et il est judicieux de fabriquer des valeurs corrélées à cette tolérance, de sorte que la valeur réelle d'une résistance chevauche légèrement celle de ses voisines. Un espacement trop important crée des interstices ; un espacement trop faible augmente les coûts de fabrication et de stockage, ce qui complique la production de résistances plus ou moins interchangeables.

Une approche logique consiste à fabriquer des résistances dont les valeurs augmentent selon une progression géométrique , chaque valeur étant supérieure à la précédente d'un facteur multiplicatif ou d'un pourcentage fixe, choisi pour correspondre à la tolérance de la plage. Par exemple, pour une tolérance de ±20 %, il est judicieux que chaque résistance ait une valeur environ 1,5 fois supérieure à la précédente, couvrant ainsi une décade en 6 valeurs. Plus précisément, le facteur utilisé est ≈ 1,4678 , ce qui donne les valeurs suivantes pour la décade de 1 à 10 : 1,47 ; 2,15 ; 3,16 ; 4,64 ; 6,81 ; 10. Suivi de 15, 22, 33, ... et précédé de ... 0,47, 0,68, 1. Ce schéma a été adopté comme série E6 des valeurs numériques préférées de la norme CEI 60063. Il existe également les séries E12 , E24 , E48 , E96 et E192 pour les composants de résolution progressivement plus fine, avec respectivement 12, 24, 48, 96 et 192 valeurs différentes dans chaque décade. Les valeurs effectivement utilisées figurent dans les listes de valeurs préférées de la norme CEI 60063.

Une résistance de 100 ohms ±20 % devrait avoir une valeur comprise entre 80 et 120 ohms ; ses voisines E6 ont des valeurs de 68 (54–82) et 150 (120–180) ohms. L’espacement E6 est judicieux pour les composants à ±20 % ; E12 pour ±10 % ; E24 pour ±5 % ; E48 pour ±2 % ; E96 pour ±1 % ; et E192 pour ±0,5 % ou mieux. Les résistances sont fabriquées avec des valeurs allant de quelques milliohms à environ un gigaohm, conformément à la norme CEI 60063 et adaptées à leur tolérance. Les fabricants peuvent classer les résistances par tolérance en fonction de leurs mesures. Par conséquent, une sélection de résistances de 100 ohms avec une tolérance de ±10 % ne se situera pas nécessairement autour de 100 ohms (avec un écart maximal de 10 %), comme on pourrait s'y attendre (courbe en cloche), mais plutôt en deux groupes : soit avec une valeur trop élevée de 5 à 10 %, soit avec une valeur trop basse de 5 à 10 % (sans toutefois être plus proche de 100 ohms). En effet, toute résistance mesurée en usine avec un écart inférieur à 5 % aurait été étiquetée et vendue comme ayant une tolérance de ±5 % ou mieux. Lors de la conception d'un circuit, ce facteur peut être pris en compte. Ce processus de tri des composants en fonction de mesures post-production est appelé « binning » et peut être appliqué à d'autres composants que les résistances (comme les classes de vitesse des processeurs).

Les résistances CMS de grande taille (métriques 1608 et supérieures) sont marquées de valeurs numériques selon un code similaire à celui utilisé pour les résistances axiales. Les résistances CMS à tolérance standard sont marquées d'un code à trois chiffres : les deux premiers chiffres correspondent aux deux premiers chiffres significatifs de la valeur et le troisième chiffre représente la puissance de dix (le nombre de zéros). Par exemple :

• 334 = 33 × 10⁴ ^Ω = 330 kΩ
• 222 = 22 × 10² ^Ω = 2,2 kΩ
• 473 = 47 × 10³ ^Ω = 47 kΩ
• 10⁵ = 10 × 10⁵ ^Ω = 1 MΩ

Les résistances inférieures à 100 Ω s'écrivent : 100, 220, 470. Le zéro final représente dix à la puissance zéro, soit 1. Par exemple :

• 100 = 10 × 10 ⁰ Ω = 10 Ω
• 220 = 22 × 10 ⁰ Ω = 22 Ω

Parfois, ces valeurs sont marquées comme 10 ou 22 pour éviter toute erreur.

Les résistances inférieures à 10 Ω sont indiquées par « R » pour préciser la position de la virgule décimale . Par exemple :

• 4R7 = 4,7 Ω
• R300 = 0,30 Ω
• 0R22 = 0,22 Ω
• 0R01 = 0,01 Ω

Les valeurs 000 et 0000 apparaissent parfois sur les liaisons zéro ohm à montage en surface , car celles-ci ont une résistance (approximativement) nulle.

Les résistances à montage en surface plus récentes sont physiquement trop petites pour permettre un marquage pratique.

De nombreuses résistances de précision, notamment les modèles à montage en surface et à broches axiales, sont marquées d'un code à quatre chiffres. Les trois premiers chiffres indiquent les chiffres significatifs et le quatrième, la puissance de dix. Par exemple :

• 1001 = 100 × 10 ¹ Ω = 1,00 kΩ
• 4992 = 499 × 10 ² Ω = 49,9 kΩ
• 1000 = 100 × 10 ⁰ Ω = 100 Ω

Les résistances de précision à fils axiaux utilisent souvent des bandes de code couleur pour représenter ce code à quatre chiffres.

L'ancien système de marquage EIA-96, désormais intégré à la norme CEI 60062:2016, est un système plus compact destiné aux résistances de haute précision de petite taille. Il utilise un code à deux chiffres et une lettre (soit trois caractères alphanumériques) pour indiquer les valeurs de résistance à 1 % avec trois chiffres significatifs. Les deux chiffres (de « 01 » à « 96 ») correspondent à l'une des 96 « positions » de la série standard E96 des résistances à 1 %. La lettre majuscule indique un multiplicateur de puissance de dix . Par exemple, le marquage « 01C » représente 10 kΩ ; « 10C » représente 12,4 kΩ ; « 96C » représente 97,6 kΩ.

Étapes pour déterminer les valeurs de résistance ou de capacité :

1. Les deux premières lettres indiquent la capacité de dissipation de puissance.
2. Les trois chiffres suivants indiquent la valeur de la résistance.
   1. Les deux premiers chiffres sont les valeurs significatives
   2. Le troisième chiffre est le multiplicateur.
3. Le dernier chiffre indique la tolérance.

Si une résistance est codée :

• EB1041 : capacité de dissipation de puissance = 1/2 watt, valeur de résistance =10 × 10⁴ ± ¹⁰ % = entre9 × 10⁴ ^ohms et11 × 10⁴ ^ohms .
• CB3932 : capacité de dissipation de puissance = 1/4 watt, valeur de résistance =39 × 10³ ± ²⁰ % = entre31,2 × 10³ et^​46,8 × 10³ ^ohms .

Il existe plusieurs schémas d'utilisation courants dans lesquels les résistances sont généralement configurées.

Les résistances sont couramment utilisées pour limiter l'intensité du courant dans un circuit. De nombreux composants (comme les LED) nécessitent une limitation du courant qui les traverse, mais ne sont pas intrinsèquement limitants. C'est pourquoi on ajoute souvent des résistances pour éviter les surintensités. Par ailleurs, certains circuits n'ont pas besoin d'une intensité aussi élevée que celle qui les traverserait ; on peut alors ajouter des résistances pour limiter leur consommation électrique.

Souvent, les circuits doivent fournir différentes tensions de référence à d'autres circuits (comme les comparateurs de tension). On peut obtenir une tension fixe en plaçant deux résistances en série entre deux autres tensions fixes (comme la tension d'alimentation et la masse). La tension à la borne située entre les deux résistances sera comprise entre ces deux tensions, la différence étant proportionnelle à la valeur relative des résistances. Par exemple, si une résistance de 200 ohms et une résistance de 400 ohms sont placées en série entre 6 V et 0 V, la tension à la borne située entre elles sera de 4 V.

Lorsqu'un circuit n'est pas alimenté, sa tension n'est pas nulle mais indéfinie (elle peut être influencée par des tensions antérieures ou par l'environnement). Une résistance de rappel (ou pull-up) fournit une tension au circuit lorsqu'il est déconnecté (par exemple, lorsqu'un bouton n'est pas enfoncé ou qu'un transistor est inactif). Une résistance de rappel connecte le circuit à une tension positive élevée (si le circuit requiert une tension positive élevée par défaut), tandis qu'une résistance de rappel le connecte à une tension basse ou à la masse (si le circuit requiert une tension basse par défaut). La valeur de la résistance doit être suffisamment élevée pour que, lorsque le circuit est actif, la source de tension à laquelle elle est connectée n'influence pas excessivement son fonctionnement, mais suffisamment faible pour que la résistance se déconnecte rapidement lorsque le circuit est désactivé, sans modifier significativement la tension par rapport à la source.

Lors de l'amplification de signaux faibles, il est souvent nécessaire de minimiser le bruit électronique , notamment au premier étage d'amplification. En tant qu'élément dissipatif, même une résistance idéale génère naturellement une tension fluctuante aléatoire, ou bruit, à ses bornes. Ce bruit de Johnson-Nyquist est une source de bruit fondamentale qui dépend uniquement de la température et de la résistance, et est prédit par le théorème de fluctuation-dissipation . À température donnée, une résistance plus élevée produit un bruit de tension plus important, tandis qu'une résistance plus faible génère un bruit de courant plus important.

Le bruit thermique d'une résistance réelle peut être supérieur à la valeur théorique, et cette augmentation dépend généralement de la fréquence. Le bruit parasite d'une résistance réelle n'est observé que lorsqu'un courant la traverse. Il est exprimé en μV/V/décade, soit μV de bruit par volt appliqué à la résistance et par décade de fréquence. La valeur en μV/V/décade est souvent donnée en dB, de sorte qu'une résistance avec un indice de bruit de 0 dB présente un bruit parasite de 1 μV (rms) par volt appliqué à ses bornes et par décade de fréquence. Le bruit parasite est donc un exemple de bruit en 1/ f . Les résistances à couche épaisse et à composition de carbone génèrent plus de bruit parasite que les autres types à basses fréquences. Les résistances bobinées et à couche mince sont souvent utilisées pour leurs meilleures caractéristiques de bruit. Les résistances à composition de carbone peuvent présenter un indice de bruit de 0 dB, tandis que les résistances à feuille métallique peuvent avoir un indice de bruit de -40 dB, rendant généralement le bruit parasite des résistances à feuille métallique négligeable. Les résistances CMS à couche mince présentent généralement un bruit plus faible et une meilleure stabilité thermique que les résistances CMS à couche épaisse. Le bruit excessif dépend également de la taille : en général, il diminue lorsque la taille physique d’une résistance augmente (ou lorsque plusieurs résistances sont utilisées en parallèle), car les fluctuations indépendantes de la résistance des composants plus petits tendent à s’annuler.

Bien qu'il ne s'agisse pas à proprement parler d'un « bruit », une résistance peut se comporter comme un thermocouple , induisant une faible différence de potentiel continu à ses bornes en raison de l' effet thermoélectrique si ses extrémités sont à des températures différentes. Cette tension continue induite peut notamment dégrader la précision des amplificateurs d'instrumentation . De telles tensions apparaissent aux jonctions entre les conducteurs de la résistance et le circuit imprimé, ainsi qu'avec le corps de la résistance. Les résistances à couche métallique classiques présentent cet effet d'une amplitude d'environ 20 μV/°C. Certaines résistances à composition de carbone peuvent présenter des décalages thermoélectriques atteignant 400 μV/°C, tandis que des résistances spécialement conçues permettent de réduire cette valeur à 0,05 μV/°C. Dans les applications où l'effet thermoélectrique peut devenir important, il convient de veiller à monter les résistances horizontalement afin d'éviter les gradients de température et de prendre en compte le flux d'air au-dessus du circuit imprimé.

Dans un circuit correctement conçu, le taux de défaillance des résistances est faible comparé à celui d'autres composants électroniques tels que les semi-conducteurs et les condensateurs électrolytiques. Les dommages aux résistances sont le plus souvent dus à une surchauffe, lorsque la puissance moyenne qui leur est fournie dépasse largement leur capacité de dissipation thermique (spécifiée par leur puissance nominale ). Ceci peut être dû à un défaut externe au circuit, mais est fréquemment causé par la défaillance d'un autre composant (comme un transistor en court-circuit) du circuit auquel la résistance est connectée. Utiliser une résistance trop près de sa puissance nominale peut limiter sa durée de vie ou entraîner une variation significative de sa résistance. Une conception sûre utilise généralement des résistances surdimensionnées dans les applications de puissance afin d'éviter ce risque.

Les résistances à couche mince de faible puissance peuvent être endommagées par une contrainte de haute tension prolongée, même en dessous de la tension et de la puissance maximales spécifiées. C'est souvent le cas des résistances de démarrage alimentant un circuit intégré d'alimentation à découpage .

En cas de surchauffe, la résistance des résistances à film de carbone peut diminuer ou augmenter. Les résistances à film de carbone et les résistances composites peuvent se rompre (circuit ouvert) si elles fonctionnent à proximité de leur dissipation maximale. Ce phénomène est également possible, mais moins fréquent, avec les résistances à film métallique et les résistances bobinées.

Les résistances peuvent également tomber en panne sous l'effet de contraintes mécaniques et de facteurs environnementaux défavorables, notamment l'humidité. Si elles ne sont pas protégées, les résistances bobinées peuvent se corroder.

Les résistances CMS sont connues pour tomber en panne suite à la pénétration de soufre dans leur structure interne. Ce soufre réagit chimiquement avec la couche d'argent pour former du sulfure d'argent non conducteur. L'impédance de la résistance tend alors vers l'infini. Les résistances résistantes au soufre et anticorrosion sont utilisées dans les secteurs automobile, industriel et militaire. La norme ASTM B809 est une norme industrielle qui teste la sensibilité d'un composant au soufre.

Un autre mode de défaillance peut survenir lors de l'utilisation de résistances de forte valeur (plusieurs centaines de kilohms). Les résistances sont spécifiées non seulement par leur dissipation de puissance maximale, mais aussi par leur chute de tension maximale. Le dépassement de cette tension entraîne une dégradation progressive de la résistance, qui diminue alors lentement. La tension aux bornes des résistances de forte valeur peut être dépassée avant que la dissipation de puissance n'atteigne sa limite. Étant donné que la tension maximale spécifiée pour les résistances courantes est de quelques centaines de volts, ce problème ne se pose que dans les applications où de telles tensions sont rencontrées.

Les résistances variables peuvent également se dégrader différemment, généralement par un mauvais contact entre le curseur et le corps de la résistance. Ceci peut être dû à la saleté ou à la corrosion et se traduit généralement par un crépitement lorsque la résistance de contact fluctue ; ce phénomène est particulièrement perceptible lors du réglage de l'appareil. Ce crépitement est similaire à celui causé par un mauvais contact dans les interrupteurs. Comme les interrupteurs, les potentiomètres sont, dans une certaine mesure, autonettoyants : le passage du curseur sur la résistance peut améliorer le contact. Les potentiomètres rarement réglés, surtout dans des environnements sales ou difficiles, sont les plus susceptibles de développer ce problème. Lorsque l'autonettoyage du contact est insuffisant, l'utilisation d' un nettoyant pour contacts (également appelé « nettoyant pour tuner ») en spray permet généralement d'améliorer le contact. Le crépitement associé à la rotation de l'axe d'un potentiomètre encrassé dans un circuit audio (comme le contrôle du volume) est fortement accentué en présence d'une tension continue indésirable, indiquant souvent la défaillance d'un condensateur de blocage du courant continu dans le circuit.