Résistance (composant)

Une résistance est un composant qui présente une résistance électrique et qu'on peut trouver dans un circuit électrique ou un circuit électronique.

Dans un circuit électrique, la résistance est utilisée pour produire de la chaleur.

Dans un circuit électronique, elle sert à limiter l'intensité du courant électrique qui passe dans une partie du circuit. Mais l'association de 2 résistances permet aussi de diviser la tension.

La résistance utilisée pour chauffer

Une résistance utilisée pour chauffer est réalisée dans un matériau qui laisse passer l'électricité, mais moins bien que le cuivre ou l'aluminium qui sont utilisés dans les fils électriques.

Le passage du courant dans un élément qui a une résistance électrique produit de la chaleur, par ce qu'on appelle l'effet Joule.

Des appareils de chauffage comme les radiateurs électriques ou les sèche-cheveux utilisent la possibilité de transformer de l'énergie électrique en chaleur.

Dans une lampe à incandescence la résistance du filament qu'elle contient est tellement chauffée qu'elle produit aussi de la lumière visible. Toutefois, la plus grosse part de l'énergie consommée est transformée en chaleur.

On pourrait se demander pourquoi, puisque avant d'arriver à l'appareil de chauffage, l'électricité passe par des fils, ces fils ne chauffent pas aussi.

En fait, ils chauffent un peu, mais beaucoup moins. D'une part le matériau utilisé pour fabriquer des fils électriques conduit mieux l'électricité que celui de la résistance de l'appareil de chauffage, d'autre part ces fils sont d'un plus gros diamètre que le fil de la résistance de l'appareil. En conséquence, c'est dans la résistance l'appareil de chauffage que la résistance électrique est la plus forte par rapport au reste de l'installation électrique.

Calcul de la puissance de chauffe

La puissance dissipée dans un circuit électrique obéit à la formule :

$P=U\times I$

avec

• P : puissance dissipée
• U : tension au borne de la résistance
• I : intensité du courant qui passe dans la résistance

La lettre U pour exprimer une tension électrique semble bizarre, mais la lettre V (comme dans voltage) peut servir dans d'autres formules pour une vitesse, et la lettre T pour une température).

Il y a une autre formule enseignée dans les lycées qui fait intervenir la valeur de la résistance :

$U=R\times I$

Mais cette formule qui est mathématiquement exacte est également trompeuse car elle fait croire que la tension aux borne de l'appareil de chauffage varie en fonction de 2 autres paramètres, alors que l'appareil de chauffage est branché à un prise électrique qui, en Europe délivre une tension proche de 220 volts qu'on branche quelque-chose dessus ou pas !

En réalité, c'est l'intensité du courant électrique qui dépend à la fois de la tension et de la résistance de l'appareil. On peut la calculer en transformant la formule précédente :

$I={\frac {U}{R}}$

En remplaçant dans la formule de calcul de la puissance dissipée le paramètre I par sa valeur en fonction de U et de R, on obtient :

$P=U\times {\frac {U}{R}}={\frac {U^{2}}{R}}$

En conséquence, si on branche un appareil de chauffage sur une prise de courant, plus sa résistance est faible, plus il va chauffer. C'est normal parce que davantage d'électricité sera consommée. Mais il faut aussi que les fils électriques soient assez gros pour que la chaleur soit produite par l'appareil de chauffage et pas par les fils.

D'autre part, si la tension électrique double, la puissance est multipliée par 4.

En transformant la formule précédente, on peut calculer la valeur de la résistance qu'il faut mettre dans une appareil pour qu'il produise la puissance de chauffe choisie lorsqu'on le branche sur une prise dont on connaît la tension électrique.

$R={\frac {U^{2}}{P}}$

Applications numériques

Calcul de la puissance dissipée par une résistance de 1 000 Ω (Ohm) alimentée en 220 V :

$P={\frac {U^{2}}{R}}={\frac {220^{2}}{1000}}={\frac {48400}{1000}}=48,4$ Watt

Si la même résistance de 1 000 Ω est dans un circuit électronique avec seulement 12 V à ses bornes, la puissance dissipée devient :

$P={\frac {U^{2}}{R}}={\frac {12^{2}}{1000}}={\frac {144}{1000}}=0,144$ W

Calcul de la résistance nécessaire pour qu'un appareil de chauffage branché sur 220 V dissipe une puissance de 1 000 W :

$R={\frac {U^{2}}{P}}={\frac {220^{2}}{1000}}={\frac {48400}{1000}}=48,4$ Ω

La résistance comme composant électronique

Le composant

Une série de résistance, de différentes valeurs et puissances.
Les plus petites supportent 1/4 Watt.

Symbole européen pour une résistance

Symbole américain pour une résistance

Une résistance est un dipôle. La plupart du temps, elle a une forme cylindrique souvent arrondie aux deux bouts avec un fil de chaque coté.

Ce sont les résistances qu'on utilise sur des circuits imprimés classiques avec les composants d'un coté, les soudures de l'autre et les fils de la résistance qui traversent la plaque.

Toutefois, il existe aussi des résistance de type CMS qui sont des boîtiers rectangulaires avec 2 plaques de métal aux extrémités qu'on soude du même coté que les pistes électriques.

Une résistance peut être utilisée pour limiter l'intensité du courant qui passe dans une partie d'un circuit électronique. Mais avec deux résistances, on peut aussi réaliser un diviseur de tension.

Dans un circuit électronique, on exprime la valeur d'une résistance en :

• Ω : ohm
• kΩ : kilo ohm = 1 000 Ω
• MΩ : mégohm = 1 000 000 Ω

Les résistances les plus courantes dans une circuit électronique ont des valeurs allant de la dizaine d'ohm au mégohm. Elles peuvent sans être endommagée dissiper une puissance maximale d'un quart de Watt ou d'un demi-Watt. Mais on trouve très facilement à quelque centimes d'euros pièce de nombreuses valeurs de résistances entre 1 Ω et 10 MΩ et dans certains magasins à partir de 0,1 Ω jusqu'à 100 MΩ.

Lorsqu'elles sont nécessaires dans un circuit électronique, on peut trouver aussi des résistances de puissance capable de dissiper en chaleur 1 W, 2 W, 5 W, 10 W et au delà, mais elles sont plus encombrantes et plus chères à l'achat.

Taille

Sans prendre en compte les fils de connexion, les résistances habituelles mesurent environ  6 mm de long et 1,5 mm de diamètre pour celles supportant un quart de Watt en puissance maximale dissipée, et environ 8 mm de long et 2,5 mm de diamètre pour celles capables de dissiper un demi Watt.

Code de couleurs

Les résistances les plus courantes sont petites, leur valeur n'est donc pas écrite en chiffres sur la résistance mais indiquée par un code de couleur.

Le code de couleur d'une résistance est constitué de bagues colorées autour du cylindre de la résistance. C'est la couleur de ces bagues qui fournit l'information. Le code de couleur contient 3 types d'informations :

• un nombre (de 2 ou 3 chiffres) avec le premier chiffre entre 1 et 9,
• un multiplicateur (puissance de 10),
• la précision de fabrication de la résistance.

Valeur et multiplicateur

Pour le nombre, 10 couleurs sont utilisées pour symboliser les différents chiffres de 0 à 9 :

Noir = 0, Marron (appelé aussi Brun) = 1, Rouge = 2, Orange = 3, Jaune = 4, Vert = 5, Bleu = 6, Violet = 7, Gris = 8, Blanc = 9.

On peut remarquer que du rouge au violet, l'ordre des couleurs suit celui de l'arc en ciel.

Pour le multiplicateur, le même ordre des couleurs est utilisé pour indiquer une puissance de 10.

Noir = 10⁰ = 1, Marron (appelé aussi Brun) = 10¹ = 100, Rouge = 10² = 100, Orange = 10³, Jaune = 10⁴, Vert = 10⁵, Bleu = 10⁶, Violet = 10⁷, Gris = 10⁸, Blanc = 10⁹ = 1 000 000 000.

Toutefois, avec 2 chiffres dont le premier n'est pas 0 et un multiplicateur dans la liste de la ligne précédente, la plus petite valeur de résistance possible est 10 × 10⁰ = 10 Ω. Bien que des résistances plus petites ne soient pas souvent utilisées dans les circuits électroniques, deux autres multiplicateurs ont été ajoutés pour indiquer la valeur de petites résistances :

• Doré (appelé aussi Or) = 10^-1 = 0,1
• Argenté (Argent) = 10^-2 = 0,01.

La correspondance entre les couleurs et leur valeur pour les premières bagues de la résistance est résumée dans le tableau suivant.

Couleur	Argenté	Doré	Noir	Marron	Rouge	Orange	Jaune	Vert	Bleu	Violet	Gris	Blanc
Valeur			0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Multiplicateur	0,01	0,1	1	10	100	1000	10000	105	106	107	108	109

Précision de la résistance

Les résistances sont fabriquée avec une certaine tolérance d'erreur dans leur valeur. Depuis une bonne cinquantaine d'années, les résistances les plus courantes (et les moins chères) sont fabriquées avec une précision de 5 %. Par exemple, une résistance de 100 Ω avec 5 % de tolérance a une valeur réelle comprise entre 95 Ω et 105 Ω.

Mais dans certain cas, par exemple pour des appareils de mesure comme un voltmètre ou plus généralement un multimètre, il faut quelques résistances beaucoup plus précises. Il y a donc une bague de couleur pour indiquer avec quelle précision la résistance est fabriquée. Les couleurs correspondant à la précision de fabrication sont dans le tableau suivant.

Couleur	Argenté	Doré	Rouge	Marron	Vert	Bleu	Violet	Gris
Précision	10 %	5 %	2 %	1 %	0,5 %	0,25 %	0,1 %	0,05 %

Nombre de bagues et disposition

Une résistance de 2 700 000 Ω (rouge, violet, vert) précise à 5 % (doré) près.

Si la résistance est fabriquée avec une précision de 5 % ou 10 %, 3 bagues colorées indiquent sa valeur :

• 2 bagues : un nombre de 2 chiffres,
• 1 bague : multiplicateur.

Pour les résistances est fabriquées avec une précision de 2 % ou 1 % ou moins, une bague supplémentaire est rajoutée pour indiquer la valeur de cette résistance de précision :

• 3 bagues : un nombre de 3 chiffres,
• 1 bague : multiplicateur.

Enfin, dans les 2 cas, il y a un espace vide avant la bague de couleur qui indique la précision de la résistance. L'intervalle vide entre la valeur de la résistance et sa précision permet de savoir dans quel sens il faut lire les bagues colorées.

Valeurs de résistances normalisés et leur code de couleur

Si on a besoin de résistances précises à 5 % près ou 10 % près, il n'est pas utile de pouvoir acheter à la fois des résistances de 99 Ω et des résistances de 100 Ω. Aussi, dans ce cas, seules les résistances de 100 Ω sont fabriquées.

Pour cette raison, pour exprimer la valeur des résistances (et aussi des condensateurs), il existe des séries de valeurs normalisées.

Par exemple dans la série de 12, entre une valeur normalisée et la suivante, la valeur de la résistance progresse d'environ 20 %.

À partir de 1 Ω, les valeurs normalisées des résistances de cette série sont :

Valeur	1	1,2	1,5	1,8	2,2	2,7	3,3	3,9	4,7	5,6	6,8	8,3	(10)
Écart		+20 %	+25 %	+20 %	+22,2%	+22,7%	+22,2%	+18,1%	+20,5%	+19,1%	+21,4%	+22%	+20,5%

Le 10 est marqué entre parenthèses car c'est le début d'une autre série de 12 valeurs égales à 10 fois les valeurs de la série précédente.

La série de 12 est parfaitement adaptée pour exprimer des valeurs de résistances précises à 10 % près. Toutefois, cela fait une bonne cinquantaine d'années que les résistances les plus courantes sont fabriquées avec une précision de 5 %. Mais si on fabrique des résistances de 100 Ω qui font en réalité entre 95 Ω et 105 Ω et des résistances de 120 Ω qui font en réalité entre 115 Ω et 125 Ω, il manque la possibilité d'avoir des résistances entre 105 Ω et 115 Ω. Pour résoudre ce problème, il existe une série de 24 valeurs normalisées :

1

1,1

1,2

1,3

1,5

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,7

3

3,6

3,9

4,3

4,7

5,1

5,6

6,2

6,8

7,5

8,2

9,1

(10)

Et pour les résistances encore plus précises, il existe des séries de 48 et 96 valeurs normalisées.

Voici le tableau des codes de couleur des résistances de la série de 12 entre 1 Ω et 83 MΩ. Les 2 premières couleurs sont sur les 2 premières colonnes du tableau et la 3^e couleur (multiplicateur) est sur la première ligne

		Doré	Noir	Marron	Rouge	Orange	Jaune	Vert	Bleu
Marron	Noir	1 Ω	10 Ω	100 Ω	1 kΩ	10 kΩ	100 kΩ	1 MΩ	10 MΩ
Marron	Rouge	1,2 Ω	12 Ω	120 Ω	1,2 kΩ	12 kΩ	120 kΩ	1,2 MΩ	12 MΩ
Marron	Vert	1,5 Ω	15 Ω	150 Ω	1,5 kΩ	15 kΩ	150 kΩ	1,5 MΩ	15 MΩ
Marron	Gris	1,8 Ω	18 Ω	180 Ω	1,8 kΩ	18 kΩ	180 kΩ	1,8 MΩ	18 MΩ
Rouge	Rouge	2,2 Ω	22 Ω	220 Ω	2,2 kΩ	22 kΩ	220 kΩ	2,2 MΩ	22 MΩ
Rouge	Violet	2,7 Ω	27 Ω	270 Ω	2,7 kΩ	27 kΩ	270 kΩ	2,7 MΩ	27 MΩ
Orange	Orange	3,3 Ω	33 Ω	330 Ω	3,3 kΩ	33 kΩ	330 kΩ	3,3 MΩ	33 MΩ
Orange	Blanc	3,9 Ω	39 Ω	390 Ω	3,9 kΩ	39 kΩ	390 kΩ	3,9 MΩ	39 MΩ
Jaune	Violet	4,7 Ω	47 Ω	470 Ω	4,7 kΩ	47 kΩ	470 kΩ	4,7 MΩ	47 MΩ
Vert	Bleu	5,6 Ω	56 Ω	560 Ω	5,6 kΩ	56 kΩ	560 kΩ	5,6 MΩ	56 MΩ
Bleu	Gris	6,8 Ω	68 Ω	680 Ω	6,8 kΩ	68 kΩ	680 kΩ	6,8 MΩ	68 MΩ
Gris	Orange	8,3 Ω	83 Ω	830 Ω	8,3 kΩ	83 kΩ	830 kΩ	8,3 MΩ	83 MΩ

Exercice : Retrouvez les valeurs des résistances dans la photo qui est plus haut du coté gauche. Vous pouvez cliquer sur la photo pour l'agrandir. Pour la dernière résistance, La 3^e couleur est du bleu (pas évident de la voir).

Correction de l'exercice (à ne pas regarder trop tôt !)

De gauche à droite et de haut en bas :
10 Ω 10 Watts, 10 Ω 5 Watts, 22 Ω 2 Watts, 2,2 Ω 1 Watt, 47 Ω et 110 Ω 1/2 Watt
La suite en 1/4 de Watt sauf la 5,6 MΩ :
220 Ω, 470 Ω, 2,2 kΩ, 10 kΩ, 47 kΩ, 100 kΩ, 680 kΩ, 5,6 MΩ, 10 MΩ

La résistance utilisée comme diviseur de tension

2 résistances montées en pont diviseur

En utilisant 2 résistances comme dans le schéma de gauche, on peut diviser la tension d'entrée V par une certaine valeur qui dépend de celle des 2 résistances.

Plus l'une des deux résistances est forte par rapport à l'autre, plus la tension à ses bornes sera grande (et réciproquement pour l'autre résistance).

On peut calculer facilement la tension V₁ en fonction de V et de R₁ et R₂.

$V_{1}=V\times {\frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}$

Et comme $V_{2}=V-V1$ on a aussi $V_{2}=V\times {\frac {R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}$

Note : je préfère utiliser V (abréviation de voltage) plutôt que U pour une tension électrique.

Exemple :

• Le circuit électronique est alimenté pour une tension de V = 12 volts
• La résistance R1 vaut 1 kΩ
• La résistance R2 vaut 5,6 kΩ

$V_{1}=12\times {\frac {1000}{1000+5600}}=1,82$ V

On a converti les résistances exprimes en kΩ en ohms, mais si on avait divisé 1 par 1 + 5,6 on aurait eu les mêmes résultats. Il faut juste que les résistances du haut et du bas soient exprimées dans la même unité.

Le diviseur de tension est très utilisé dans les circuits électroniques.

Le potentiomètre

Un potentiomètre rotatif.

Des potentiomètres rotatifs. Ceux du milieu sont faits pour être soudés sur un circuit imprimé et on les règle à la fabrication de l'appareil. On voit très bien sur le 3^e comment il est construit. Celui de droite avec une tige est fait pour permettre à l'utilisateur de tourner un bouton afin de régler quelque chose, par exemple le volume sonore d'un poste de radio.

Schéma électrique d'un potentiomètre

Le potentiomètre est un composant électronique à 3 fils.

Entre les 2 fils des extrémités, il y a une résistance de valeur fixe. Mais un troisième fil est relié à un curseur. En faisant tourner l'axe du potentiomètre, on rapproche le curseur de l'un des 2 fils en l'éloignant de l'autre. En conséquence, en faisant tourner le curseur vers la butée A du schéma ci dessous, la résistance R₁ diminue pendant que la résistance R₂ augmente d'autant. En le faisant tourner vers la butée B, c'est l'inverse qui se produit. Et quelque soit la position du curseur, la somme des résistances $R_{1}+R_{2}$ reste constante.

Schéma équivalent d'un potentiomètre.

En utilisant un potentiomètre comme pont diviseur, on peut régler dans quelle proportion la tension d'un signal électrique est divisée. De cette matière, on peut par exemple régler le volume sonore d'un poste de radio.

Avec ce schéma électrique on peut doser la proportion de l'entrée 1 et de l'entrée 2 qu'on enverra sur les sorties.

Avec un potentiomètre et 2 résistances, on peut aussi régler la proportion entre 2 signaux électriques. Lorsqu'on tourne le potentiomètre, l'un des deux signaux électriques augmente pendant que l'autre diminue.

Par exemple:

• On peut mettre plus de son sur le haut-parleur de gauche ou sur celui de droite d'un équipement stéréophonique,
• réglage de tonalité : si auparavant, on a utilisé d'autres composants pour envoyer les sons graves sur une entrée et les sons aigus sur l'autre, avec ce montage on peut régler la proportion entre les deux,
• on pouvait modifier la température de couleur des images de certaines télévisions à l'époque où il y avait des potentiomètres à la place des télécommandes.

Une console de mixage avec des potentiomètres rotatifs et des potentiomètres à glissière.

En plus des potentiomètres rotatifs qu'on règle en tournant un bouton, il existe des potentiomètres à glissière de forme allongée qu'on règle en déplaçant un bouton qui coulisse dans une fente.

Ce type de potentiomètre est utilisé lorsqu'il est utile de voir facilement comment sont réglés plusieurs potentiomètres les uns par rapport aux autres.

Quelques résistances variables

Il existe des résistances dont la résistivité varie en fonction d'un élément extérieur.

La photorésistance

Photorésistance

Symbole d'une photorésistance

Une photorésistance appelée souvent LDR (de l'anglais Light Dependant resistor) est une résistance qui varie en fonction de l'éclairement. Dans l'obscurité, ce type de résistance peut dépasser le million d'ohm, alors que par un très fort éclairement, elle peut baisser jusqu'à quelques dizaines d'ohm.

Selon le matériau utilisé, la photorésistance n'est pas sensible aux même longueur d'ondes. Certaines détectent la lumière visible, d'autres les infrarouges ou les ultraviolets.

On peut utiliser une photorésistance pour :

• Déclencher automatiquement l'allumage de lampes lorsqu'il fait sombre (mais il faut éviter que la lampe éclaire trop la photorésistance, sinon, ça va clignoter),
• Servir de détecteur de passage si un faisceau lumineux qui éclaire habituellement la photorésistance est coupé.

Par contre, sa résistivité ne change pas assez rapidement pour être utilisé comme détecteur dans des transmissions infrarouge si le signal à détecter varie plusieurs centaines ou milliers de fois par seconde.

La thermistance

Représentation schématique d'une thermistance.

Un autre type de résistance variable est la thermistance. Sa résistivité varie en fonction de la température. Il en existe de 2 modèles :

• Les CTN ont leur résistance qui diminue lorsque la température augmente.
• Les CTP ont leur résistance qui augmente lorsque la température augmente dans une certaine plage. Néanmoins, en deçà d'une température minimale ou au delà d'une température maximale, elles se comportent comme une CTN.

Références

Portail de l'électricité —  L'électricité, son histoire, son utilité, tout sur l'électricité.