Resistor de Fio Enrolado: Resistor de Potência de Fio Enrolado

10 de março de 2023 0 Comentários Leitura: 12 min

O resistor de fio enrolado é frequentemente usado em aplicações de resistor de alta potência ou em alguns outros usos onde suas propriedades de baixo ruído e dissipação de energia são necessárias.

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Tutorial de Resistores Inclui:

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O resistor de fio enrolado é usado em uma variedade de aplicações e, em particular, como um resistor de potência onde grandes quantidades de energia precisam ser dissipadas.

Como o nome indica, o resistor de fio enrolado consiste em um fio resistivo enrolado em um molde de material não condutor. Normalmente, o fio resistivo é isolado, de modo que os fios adjacentes não entrem em curto.

Os resistores de fio enrolado foram um dos primeiros tipos de resistor a ser fabricado nos primeiros dias da ciência elétrica e depois sem fio. Eles foram substituídos em muitas aplicações por resistores de carbono e, em seguida, óxido de metal e resistores de filme de metal. No entanto, hoje, os resistores de fio ainda são usados como o resistor de escolha em muitas aplicações.

Resistor de potência de fio enrolado com revestimento protetor de esmalte vítreo - a resistência é marcada como R15, significando 0,15 Ohms. — Resistor de fio enrolado

Sumário

O que é um resistor de fio enrolado?

O resistor de fio enrolado foi uma das primeiras formas de resistor a ser usado. A estrutura básica do resistor de fio enrolado mudou pouco ao longo dos anos.

O resistor é construído a partir de fio de resistência enrolado em torno de um núcleo central ou formador, que geralmente é feito de cerâmica.

Construção básica do resistor de fio enrolado — Conceito básico de construção de um resistor de fio enrolado

Uma vez enroladas, as tampas das extremidades são pressionadas no núcleo e o fio de resistência é soldado a elas para fazer o contato adequado. Por fim, o conjunto é encapsulado para protegê-lo da umidade e de danos físicos.

A construção dos resistores de fio enrolado significa que eles podem tolerar altas temperaturas e, como resultado, são usados como resistores de alta potência em muitas circunstâncias – mas verifique as classificações para garantir que eles sejam suficientemente altos para a aplicação.

A resistência dos resistores de fio enrolado é determinada por vários fatores:

Comprimento do fio de resistência
Diâmetro do fio de resistência
Resistividade do fio de resistência

Para dar uma perspectiva dos números envolvidos, um fio de cobre de pequeno diâmetro de 30 metros pode ter uma resistência de apenas alguns ohms. Por outro lado, usando algum fio de resistência – um tipo popular é o níquel-cromo – o fio pode ser feito com apenas 30 cm de comprimento. Isso torna viável enrolar em um formador típico que pode ser usado em um circuito eletrônico.

Se forem necessários resistores enrolados de fio de tolerância apertada, então o fio de resistência escolhido pode ter uma resistência menor tornando o fio mais longo e permitindo que seu comprimento seja cortado com mais precisão como uma proporção do comprimento total. Se necessário, a resistência pode ser ajustada individualmente.

Os resistores de fio enrolado vêm em uma variedade de pacotes e muitos são particularmente adequados para aplicações de resistores de potência – alguns estão contidos em embalagens de cerâmica, enquanto outros estão disponíveis em embalagens metálicas que podem ser aparafusadas a um chassi metálico ou outras formas de dissipador de calor.

Propriedades do resistor de fio enrolado

Embora os resistores de fio não sejam tão amplamente usados quanto outros tipos, como resistores SMT e resistores de filme de metal com chumbo, eles são um componente essencial para algumas áreas específicas da eletrônica, onde outros tipos não são totalmente adequados ou não podem funcionar tão bem.

Como resultado, os resistores de fio são usados em várias áreas importantes devido às suas propriedades:

Aplicações de alta potência: Resistores de fio enrolado podem dissipar quantidades significativas de energia. Onde os níveis de dissipação sobem acima de um watt ou mais, os resistores de fio enrolado se destacam. Sua tecnologia não apenas permite que eles suportem altos níveis de energia, mas também podem ser projetados para serem aparafusados a um dissipador de calor para que possam dissipar níveis de energia ainda mais altos com segurança – alguns são classificados em até 2,5kW.
Aplicações de tolerância muito alta: O fato de os resistores de fio usarem fio de resistência significa que eles podem ser feitos com grande precisão – alguns têm tolerâncias iniciais de até 0,005%. Isso pode ser muito útil para aplicações como o uso em instrumentos de medição.
A estabilidade de alta temperatura é necessária: Não apenas os resistores de fio podem ser feitos com muita precisão, mas também podem ter uma estabilidade de temperatura muito alta, especialmente quando comparados a outros tipos de resistor. O fio de resistência usado pode ser feito para ter um coeficiente de resistência de temperatura muito baixo, e isso resulta no resistor final com um baixo TCR. Os avanços na ciência dos materiais permitiram a construção de dispositivos com valores TCR tão baixos quanto 5 – 10 ppm / °C. Isso depende do metal ou liga usada para o fio de resistência.
Estabilidade a longo prazo: Outra característica fundamental dos resistores de fio enrolado é sua estabilidade a longo prazo. Todos os resistores mudam seu valor com o tempo, mas os enrolados em fio mudam muito pouco. Números entre 15 e 50 ppm/ano são frequentemente alcançados porque são feitos com materiais estáveis.
Capacidade de absorver pulsos: Ao contrário de algumas formas de resistor, os resistores de fio enrolado são capazes de suportar bem os pulsos de alta tensão. Sua alta massa térmica e a resiliência do fio nos resistores significam que eles são capazes de absorver níveis de energia bem acima de suas classificações médias por curtos períodos sem sofrer danos ou alteração na resistência.
Onde requisitos personalizados são necessários: A maneira como os resistores enrolados em fio são fabricados significa que é relativamente fácil fabricar dispositivos personalizados com uma resistência especificada exatamente pelo cliente para um requisito específico.
Aplicações de baixo ruído: Como resultado do uso de fio de resistência, em vez de outros materiais, esses resistores estão entre os resistores de ruído de corrente mais baixos disponíveis

“Resistor enrolado em fio de alumínio adequado para aparafusar a um dissipador de calor

Tipos de resistor de fio enrolado

Os resistores de fio podem ser usados em uma variedade de aplicações diferentes e, normalmente, eles se enquadram em algumas categorias principais para as quais a construção do resistor pode mudar.

Resistores de precisão: Os resistores de fio enrolado de precisão são usados em várias aplicações diferentes. Eles podem ser usados em itens que incluem instrumentação de teste – mesmo sendo usados multímetros, bem como pontes de medição, equipamentos de calibração e atenuadores de AF, etc. Para essas aplicações, a dissipação de energia não é um problema porque, para essas aplicações, os níveis de correntes e tensões são pequenos .

Os resistores também precisam de baixa temperatura, o coeficiente de resistência deve ser baixo, possivelmente 5 ppm/°C. A estabilidade a longo prazo também deve ser baixa, possivelmente inferior a 40 ppm por ano. Com números como esses, níveis de tolerância de resistência básica de ±0,01% podem ser escolhidos. Números como esses significam que o resistor manterá a resistência necessária por um longo período de tempo.
Resistores de potência: Um dos principais usos dos resistores de fio enrolado é para aplicações de potência. As capacidades de energia podem variar até 1 kW ou 2,5 kW. Existem vários tipos e estes podem ser categorizados por sua embalagem e construção:
- Encapsulamento de resina de silicone: Esses formatos de encapsulamento tendem a ser usados para os resistores de menor potência. Eles são compactos e ainda podem suportar altas temperaturas: normalmente até ~300°C, mas muitas vezes é aconselhável não forçá-los ao limite.
- Revestimento de esmalte vítreo: Este tipo de revestimento tem sido amplamente utilizado para resistores de fio enrolado por muitos anos. Esses resistores geralmente são especificados para operação em temperaturas de ~400°C, mas essas temperaturas não são aconselháveis na maioria dos equipamentos eletrônicos! O revestimento isola bem em temperaturas mais baixas, mas é menos bom quando a temperatura sobe em direção ao limite superior da faixa. Os valores de resistência para esses resistores variam de ~1Ω até ~10kΩ ou mais.
- Carcaça de alumínio: Este tipo de construção é usado para os mais altos níveis de potência. Os resistores têm um núcleo de cerâmica com um revestimento de resina de silicone que é contido dentro de uma extrusão de alumínio que é anodizada (geralmente de cor dourada) para garantir um bom isolamento elétrico e passivar a superfície. A caixa de alumínio do resistor é normalmente fabricada com pequenas aletas e a capacidade de ser aparafusada em um dissipador de calor. Os internos também são projetados para conduzir o máximo de calor possível para o case de alumínio. Uma ampla gama de valores de resistência está disponível neste tipo de resistor.

Fio do resistor enrolado

Como seria de esperar, o fio usado em resistores de fio governa muitas de suas propriedades. O uso de diferentes materiais para o fio fornece diferentes propriedades elétricas: resistividade, coeficiente de temperatura de resistência, estabilidade a longo prazo, temperatura máxima de operação e semelhantes.

A escolha do material é importante, pois o fio correto do resistor permitirá que o desempenho ideal seja obtido para o resistor em uma determinada função.

Muitos dos materiais de fio têm nomes familiares, pois são usados há muitos anos como formas de fio de resistência e, portanto, usados em resistores de fio enrolado.

Os fios usados são tipicamente ligas de cobre, uma variedade de diferentes ligas de ferro, ligas de níquel-cromo, ligas de prata e tungstênio.

Indutância e capacitância do resistor de fio enrolado

Os resistores de fio enrolado são muito bons para baixa frequência e operação DC, mas conforme a frequência de operação aumenta, os efeitos da indutância e da capacitância tornam-se mais perceptíveis.

A indutância surge do fato de que o resistor é efetivamente uma bobina de fio de resistência e está efetuando um indutor. A capacitância ocorre entre as diferentes espiras da bobina, etc.

À medida que a frequência de operação aumenta acima de 100 kHz, esses efeitos podem se tornar significativos e alterar a operação do circuito.

Normalmente, o resistor de fio enrolado é enrolado como uma bobina comum em um molde de cerâmica e isso é mais do que adequado para a maioria dos tipos de operação. No entanto, se forem necessárias baixas indutâncias e capacitâncias, existem outros métodos que podem ser usados para ajudar a reduzir, embora não eliminem a indutância e a capacitância.

Existem métodos que podem ser empregados para reduzir a indutância:

Enrolamento bifilar: Um método que pode ser adotado é usar fio bifilar, ou seja, dois fios separados passam juntos. Estes podem então ser unidos na outra extremidade. O conceito é que, ao passar dois fios juntos dessa maneira, a corrente fluirá em direções exatamente opostas e os campos serão cancelados. Embora não seja perfeito, reduz significativamente a indutância, mas como dois fios são executados próximos, a capacitância indesejada aumenta.
Enrolamento Ayrton-Perrry: É uma forma incomum de enrolamento. À medida que o fio entra na bobina do resistor, ele se divide em dois, sendo uma metade enrolada em uma direção e a outra metade no sentido inverso. Ao enrolar dessa maneira, os fios são dispostos de forma que a corrente flua em direções opostas, reduzindo assim a indutância. Além disso, o fio não corre lado a lado da mesma forma que no enrolamento bifilar e, portanto, há pouco aumento na capacitância e.

Auto-indutância e capacitância sempre serão um problema com resistores de fio enrolado. Como resultado, eles raramente são usados para aplicações em que são usados em frequências altas ou de rádio. Somente quando eles são usados em uma seção do circuito que não transporta RF, eles são usados. As técnicas de enrolamento especializadas tendem a ser usadas apenas como último recurso. É muito melhor usar uma tecnologia de resistor diferente se altas frequências estiverem presentes no resistor.

Resistores de fio enrolado são usados extensivamente. Eles são particularmente usados como resistores de alta potência, onde níveis maiores de energia precisam ser dissipados. Eles são amplamente utilizados em muitas aplicações de energia; eles não apenas são fisicamente maiores do que muitos outros tipos de resistor, mas também têm um condutor de fio e um formador de cerâmica, eles são mais adequados para serem um resistor de alta potência do que outros tipos mais amplamente encontrados.

Infelizmente, sua construção significa que eles são muito mais caros do que os resistores muito menores normalmente usados.

Os resistores de fio enrolado também são usados onde é necessária tolerância muito estreita e estabilidade de alta temperatura. O fio normalmente tem um coeficiente de resistência de temperatura melhor do que muitos outros tipos de resistor, embora muitos atualmente sejam muito bons.

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