Lecția 2.1 — Rezistoare

Deschide imaginea unui PCB de PlayStation 5 și numără componentele mici, dreptunghiulare, distribuite peste tot pe placă. Cele mai multe dintre ele sunt rezistoare — componente pasive care controlează cât curent ajunge la fiecare parte a circuitului. Fără ele, tensiunile ar fi neregulate, semnalele ar fi instabile, și procesorul s-ar supraîncălzi în secunde.

Această lecție acoperă componenta electronică cea mai omniprezentă: tipurile de rezistoare (SMD, through-hole, film de carbon, film metalic), toleranța (precizia valorii nominale), codul culorilor (identificarea vizuală a valorii) și aplicațiile practice pe PCB — de la divizoare de tensiune la rezistoare de pull-up și terminarea liniilor de transmisie.

Scopul nu este memorarea codului de culori, ci înțelegerea de ce fiecare rezistor de pe o placă de consolă are o valoare specifică, ce rol joacă în circuit și cum identifici un rezistor defect pe un PCB real. Pe o singură placă de consolă există sute de rezistoare, fiecare cu un scop precis.

2.1.1 — DEFINIȚIE ȘI ROL

• Un rezistor este o componentă electronică pasivă cu două terminale care implementează rezistența electrică ca element de circuit
• În circuitele electronice, rezistoarele sunt folosite pentru: reducerea curentului, ajustarea nivelurilor de semnal, divizarea tensiunilor, polarizarea elementelor active și terminarea liniilor de transmisie
• Rezistoarele fixe au rezistențe care se schimbă doar ușor cu temperatura, timpul sau tensiunea de operare
• Rezistoarele variabile pot fi folosite pentru ajustarea elementelor de circuit (control volum, dimmer)

2.1.2 — LEGEA LUI OHM (aplicată la rezistoare)

• V = I × R (tensiunea pe rezistor este proporțională cu curentul)
• Unitatea: ohm (Ω), numită după Georg Simon Ohm
• Derivate: milliohm (1 mΩ = 10⁻³ Ω), kilohm (1 kΩ = 10³ Ω), megohm (1 MΩ = 10⁶ Ω)
• Exemplu: un rezistor de 300 Ω conectat la o baterie de 12V → curent de 0.04 A

2.1.3 — DISIPAREA PUTERII

• P = I × V = I² × R = V² / R
• Rezistoarele discrete sunt de obicei 1/10, 1/8 sau 1/4 watt
• Rezistoarele de putere: 1 W sau mai mult, fizic mai mari, pot necesita radiatoare
• Depășirea puterii nominale poate deteriora permanent rezistorul sau cauza incendiu
• Există rezistoare ignifuge care nu produc flăcări la nicio suprasarcină

2.1.4 — a) Carbon composition (CCR)

• Amestec de carbon pudră fin și material izolator (ceramică), legat cu rășină
• Rezistența determinată de raportul carbon/material de umplutură
• Toleranță maximă: 5% (sortate din fabrică)
• Non-inductive, bune pentru protecție la supratensiune
• Relativ scumpe acum, folosite în alimentatoare și controlul sudării

2.1.5 — b) Carbon film

• Film de carbon depus pe substrat izolant, cu helix tăiat
• Zgomot mai scăzut decât carbon composition
• Putere: 0.125 W – 5 W la 70°C
• Rezistențe: 1 Ω – 10 MΩ
• Temperatură operare: −55°C – 155°C
• Tensiune maximă: 200–600 V

2.1.6 — c) Carbon printat pe PCB

• Printat direct pe substratul PCB-ului
• Toleranțe mari (~30%)
• Aplicație tipică: rezistoare pull-up non-critice

2.1.7 — d) Thick film (film gros)

• Populare din anii 1970, majoritatea SMD sunt de acest tip
• Material ceramic conductiv amestecat cu sticlă sinterizată
• Fuzionat la ~850°C
• Toleranțe standard: 2% sau 1%
• Coeficient de temperatură: ±200 sau ±250 ppm/K

2.1.8 — e) Thin film (film subțire)

• Fabricate prin sputtering (depunere în vid)
• Toleranțe: 1% și 5%
• Coeficient de temperatură: 5–50 ppm/K
• Zgomot 10–100× mai mic decât thick film
• Mai scumpe decât thick film

2.1.9 — f) Metal film

• Acoperite cu nichel-crom (NiCr)
• Toleranță: 0.5%, 1% sau 2%
• Coeficient de temperatură: 50–100 ppm/K
• Zgomot scăzut, liniaritate bună, stabilitate pe termen lung

2.1.10 — g) Metal oxide film

• Temperatură de operare mai mare, stabilitate și fiabilitate superioare

2.1.11 — h) Wire wound (înfășurat cu sârmă)

• Sârmă metalică (de obicei nichrome) înfășurată pe un nucleu ceramic/plastic
• Pot suporta până la 450°C
• Putere: până la 1000+ W
• Dezavantaj: inductanță nedorită
• Soluții: înfășurare bifilar sau Ayrton-Perry

2.1.12 — i) Metal foil (folie metalică)

• Cea mai bună precizie și stabilitate (din 1960)
• TCR: 0.14 ppm/°C
• Toleranță: ±0.005%
• Stabilitate pe termen lung (1 an): 25 ppm

2.1.13 — TIPURI DE REZISTOARE VARIABILE

• Reostat: rezistor ajustabil cu două terminale
• Potențiometru: rezistor cu trei terminale, cursor rotativ/liniar
• Element rezistiv: carbon composition, metal film sau plastic conductiv
• Variante multi-turn de mare precizie (10 rotații, rezoluție 3 cifre)
• Decade box: cutie cu rezistoare de multe valori cu comutatoare mecanice
• Dispozitive speciale: termistoare NTC, fotrezistoare, senzori de deformare (strain gauge)

2.1.14 — APLICAȚII COMUNE

• Limitarea curentului: protejarea componentelor (ex. LED-uri) de supracurent
• Divizor de tensiune: două rezistoare în serie între două tensiuni fixe
• Exemplu: 200 Ω + 400 Ω între 6V și 0V → 4V la terminal
• Pull-up / pull-down: furnizează tensiune implicită când circuitul este deconectat

2.1.15 — MONTAJ PE PCB

• Through-hole (străpungere): cu terminale axiale sau radiale
• SMT/SMD (montaj pe suprafață): lipite direct pe suprafața PCB
• Rezistoare de putere pot avea carcasă de aluminiu pe radiator

2.1.16 — ISTORIC

• Dezvoltat în anii 1920 de Radio Manufacturers Association (RMA)
• Primele radiouri cu rezistoare codate prin culori: 1930
• Standardizat internațional: IEC 62:1952
• Standard curent: IEC 60062:2016

2.1.17 — SISTEMUL DE BENZI COLORATE (4 benzi)

• Banda A: prima cifră semnificativă
• Banda B: a doua cifră semnificativă
• Banda C: multiplicator zecimal (puterea lui 10)
• Banda D: toleranță (dacă lipsește = ±20%)
• Distincție stânga-dreapta: spațiu mai mare între C și D

2.1.18 — SISTEMUL DE 5 BENZI (precizie)

• Primele 3 benzi: trei cifre semnificative
• Banda 4: multiplicator
• Banda 5: toleranță
• Bandă extra-lată la prima bandă = rezistor wire-wound

2.1.19 — TABELUL CULORILOR

| Culoare | Cifră | Multiplicator | Toleranță |

|----------|-------|---------------|-----------|

| Negru | 0 | ×1 | — |

| Maro | 1 | ×10 | ±1% |

| Roșu | 2 | ×100 | ±2% |

| Portocaliu| 3 | ×1000 | ±0.05% |

| Galben | 4 | ×10000 | ±0.02% |

| Verde | 5 | ×100000 | ±0.5% |

| Albastru| 6 | ×1000000 | ±0.25% |

| Violet | 7 | ×10000000 | ±0.1% |

| Gri | 8 | ×100000000 | ±0.01% |

| Alb | 9 | ×1000000000 | — |

| Auriu | — | ×0.1 | ±5% |

| Argintiu| — | ×0.01 | ±10% |

| Roz | — | ×0.001 | — |

2.1.20 — EXEMPLE DE CITIRE

• Roșu, violet, verde, auriu = 2 700 000 Ω (2.7 MΩ) ±5%
• Verde, albastru, negru, negru, maro = 560 Ω ±1%
• Roșu, roșu, portocaliu, auriu = 22 000 Ω (22 kΩ) ±5%
• Galben, violet, maro, auriu = 470 Ω ±5%
• Albastru, gri, negru, auriu = 68 Ω ±5%

2.1.21 — MARCAJ SMD (montaj pe suprafață)

• Cod cu 3 cifre: primele 2 = cifre semnificative, a 3-a = puterea lui 10
• 334 = 33 × 10⁴ = 330 kΩ
• 222 = 22 × 10² = 2.2 kΩ
• 473 = 47 × 10³ = 47 kΩ
• Sub 100 Ω: 100 = 10 Ω, 220 = 22 Ω
• Sub 10 Ω: se folosește 'R' pentru punct zecimal (4R7 = 4.7 Ω)

2.1.22 — SERII DE VALORI PREFERATE (E-series, IEC 60063)

• E6 (6 valori/decadă): toleranță ±20%
• E12: toleranță ±10%
• E24: toleranță ±5%
• E48: toleranță ±2%
• E96: toleranță ±1%
• E192: toleranță ±0.5% sau mai bună
• Progresie geometrică: fiecare valoare ≈ valoarea precedentă × factor fix
• E6: 10, 15, 22, 33, 47, 68 (factor ≈ 1.4678 ≈ 10^(1/6))

2.1.23 — TOLERANȚĂ

• Indică abaterea maximă față de valoarea nominală
• Exemplu: 100 Ω ±20% = valoare reală între 80 și 120 Ω
• E6 → ±20%; E12 → ±10%; E24 → ±5%; E48 → ±2%; E96 → ±1%
• „Binning" = sortarea componentelor pe clase de toleranță după fabricare

Conceptele din această lecție — Rezistoare — reprezintă fundamentul fizic al tehnologiei digitale utilizate în consolele moderne.

c) Carbon printat pe PCB

• Printat direct pe substratul PCB-ului

MONTAJ PE PCB

• SMT/SMD (montaj pe suprafață): lipite direct pe suprafața PCB

e) Thin film (film subțire)

• Fabricate prin sputtering (depunere în vid)

• DEFINIȚIE ȘI ROL: Un rezistor este o componentă electronică pasivă cu două terminale care implementează rezistența electrică ca element de circuit
• LEGEA LUI OHM (aplicată la rezistoare): V = I × R (tensiunea pe rezistor este proporțională cu curentul)
• DISIPAREA PUTERII: P = I × V = I² × R = V² / R
• a) Carbon composition (CCR): Amestec de carbon pudră fin și material izolator (ceramică), legat cu rășină
• b) Carbon film: Film de carbon depus pe substrat izolant, cu helix tăiat
• c) Carbon printat pe PCB: Printat direct pe substratul PCB-ului
• d) Thick film (film gros): Populare din anii 1970, majoritatea SMD sunt de acest tip
• e) Thin film (film subțire): Fabricate prin sputtering (depunere în vid)
• f) Metal film: Acoperite cu nichel-crom (NiCr)
• g) Metal oxide film: Temperatură de operare mai mare, stabilitate și fiabilitate superioare
• h) Wire wound (înfășurat cu sârmă): Sârmă metalică (de obicei nichrome) înfășurată pe un nucleu ceramic/plastic
• i) Metal foil (folie metalică): Cea mai bună precizie și stabilitate (din 1960)
• TIPURI DE REZISTOARE VARIABILE: Reostat: rezistor ajustabil cu două terminale
• APLICAȚII COMUNE: Limitarea curentului: protejarea componentelor (ex. LED-uri) de supracurent
• MONTAJ PE PCB: Through-hole (străpungere): cu terminale axiale sau radiale
• ISTORIC: Dezvoltat în anii 1920 de Radio Manufacturers Association (RMA)
• SISTEMUL DE BENZI COLORATE (4 benzi): Banda A: prima cifră semnificativă
• SISTEMUL DE 5 BENZI (precizie): Primele 3 benzi: trei cifre semnificative
• TABELUL CULORILOR: | Culoare | Cifră | Multiplicator | Toleranță |
• EXEMPLE DE CITIRE: Roșu, violet, verde, auriu = 2 700 000 Ω (2.7 MΩ) ±5%
• MARCAJ SMD (montaj pe suprafață): Cod cu 3 cifre: primele 2 = cifre semnificative, a 3-a = puterea lui 10
• SERII DE VALORI PREFERATE (E-series, IEC 60063): E6 (6 valori/decadă): toleranță ±20%
• TOLERANȚĂ: Indică abaterea maximă față de valoarea nominală

Întrebarea 1

Care afirmație este corectă despre: LEGEA LUI OHM (aplicată la rezistoare)?

• a) V = I × R (tensiunea pe rezistor este proporțională cu curentul)
• b) un rezistor de 300 Ω conectat la o baterie de 12V → curent de 0.04 A
• c) ohm (Ω), numită după Georg Simon Ohm
• d) milliohm (1 mΩ = 10⁻³ Ω), kilohm (1 kΩ = 10³ Ω), megohm (1 MΩ = 10⁶ Ω)

Întrebarea 2

Care afirmație este corectă despre: DISIPAREA PUTERII?

• a) P = I × V = I² × R = V² / R
• b) ohm (Ω), numită după Georg Simon Ohm
• c) V = I × R (tensiunea pe rezistor este proporțională cu curentul)
• d) milliohm (1 mΩ = 10⁻³ Ω), kilohm (1 kΩ = 10³ Ω), megohm (1 MΩ = 10⁶ Ω)

Întrebarea 3

Care afirmație este corectă despre: Toleranță maximă?

• a) ohm (Ω), numită după Georg Simon Ohm
• b) V = I × R (tensiunea pe rezistor este proporțională cu curentul)
• c) milliohm (1 mΩ = 10⁻³ Ω), kilohm (1 kΩ = 10³ Ω), megohm (1 MΩ = 10⁶ Ω)
• d) 5% (sortate din fabrică)

Întrebarea 4

Care afirmație este corectă despre: Putere?

• a) milliohm (1 mΩ = 10⁻³ Ω), kilohm (1 kΩ = 10³ Ω), megohm (1 MΩ = 10⁶ Ω)
• b) ohm (Ω), numită după Georg Simon Ohm
• c) 0.125 W – 5 W la 70°C
• d) V = I × R (tensiunea pe rezistor este proporțională cu curentul)

Întrebarea 5

Care afirmație este corectă despre: Aplicație tipică?

• a) V = I × R (tensiunea pe rezistor este proporțională cu curentul)
• b) rezistoare pull-up non-critice
• c) ohm (Ω), numită după Georg Simon Ohm
• d) milliohm (1 mΩ = 10⁻³ Ω), kilohm (1 kΩ = 10³ Ω), megohm (1 MΩ = 10⁶ Ω)

🧠 Exercițiu: Rezistoare

Scenariu: Analizezi un sistem hardware care utilizează conceptul de tipuri de rezistoare. Pe baza cunoștințelor din această lecție, răspunde la următoarele întrebări:

• 1. Defineste pe scurt: tipuri de rezistoare.
• 2. Ce rol are toleranță în contextul hardware-ului?
• 3. Explică relația dintre tipuri de rezistoare și codul culorilor.