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DISPOSITIVOS PASIVOS
Ruiz Vasallo, Francisco. Componentes electrónicos . Enciclopedia del Técnico en Electrónica - Edic. CEAC – Cap. 3
RESISTORES FunciónOponer cierta dificultad al paso de la
corriente eléctrica Efecto secundario
Generación de calor Pérdida de energía
RESISTORESClasificación de los resistores
Según su construcción: Fijas Variables Ajustables
Clasificación de los resistores
Según el elemento resistivo en sí: Resistencias de carbón aglomerado Resistencias de película de carbón Resistencias de película metálica Resistencias de película de cermet Resistencias bobinadas Resistencias bobinadas vitrificadas Resistencias sobre circuitos impresos Resistencias SMD miniatura de película
metálica Resistencias SMD miniatura de película
gruesa
Resistencias de carbón aglomerado
Se forma una masa homogénea con grafito pulverizado y resina
La proporción de grafito determina el valor resistivo
Se construyen resistencias con tolerancias de 5, 10 y 20%
Inconvenientes: gran disparidad de valores, oxidación del carbón (propensión a averías) y elevada tensión de ruido
Ventaja: precio económico
Resistencias de película de carbón
El elemento resistivo es una fina capa de grafito cristalizado sobre un cuerpo aislante de forma cilíndrica
El valor de la resistencia varía según la composición y el grosor de la capa
La capa es continua para resistencias de hasta unos 10 kW y en forma de espiral para valores más altos
Estabilidad frente a cambios en las condiciones de carga y cambios en niveles de humedad, bajo nivel de ruido, bajo precio
Resisten temperaturas de hasta 70 ºC al aire libre
La temperatura superficial máxima permitida en el cuerpo de la resistencia es 155 ºC
Resistencias de película metálica
El elemento resistivo es una aleación metálica de alta constante resistiva (níquel-cromo, oro-platino) o bien, un óxido metálico (óxido de estaño)
Para altos valores resistivos se realiza un espiralado
Se fabrican con tolerancias de 0,1; 0,5; 1 y 2%
Baja potencia de disipación
Resistencias de película de cermet
El cermet es un material refractario formado por una mezcla de productos cerámicos y metales en polvo
Se construyen resistencias de alto valor óhmico (por encima de 10 MΩ)
Gran resistencia a la corrosión; soportan altas temperaturas y cambios bruscos de ésta; gran resistencia mecánica
Valores típicos: tolerancia, 5%; coeficiente de temperatura, ±300 ppm/ºC; tensión continua máxima, 1 kV; intervalo de temperaturas, 0 ºC-+130 ºC
Resistencias bobinadas Se fabrica con hilo conductor de elevada
resistividad que se arrolla sobre un cuerpo aislante, como un tubo de cerámica.
Aleaciones metálicas con baja variación de resistencia por cambio de temperatura (constantán, nicromo, aluminio, hierro)
Constantán: 54% cobre+45% níquel+1% manganeso; 30 veces la resistencia específica del cobre; variación de resistencia por causa de la temperatura, 400 veces menor
Recubrimiento de esmalte vitrificado Elevada disipación de potencia; soporta elevadas
temperaturas de trabajo Valores máximos corrientes: resistencia, hasta ~
220 kΩ; potencias de disipación, hasta 1000 W
Resistencias bobinadas vitrificadas
Idéntica constitución a las bobinadas, con la diferencia de que el bobinado está recubierto por un prisma cerámico vitrificado de gran espesor
Ofrece excelente aislamiento térmico respecto de componentes cercanos que disipen gran cantidad de calor
Usos corrientes: en fuentes de alimentación, cerca del transformador o de los radiadores de calor de transistores de potencia
Resistencias sobre circuitos impresos
El proceso de fabricación se realiza sobre una base de circuito impreso
Se deposita sobre un material aislante (fibra de vidrio, baquelita) una capa de material resistivo
El espesor y la superficie ajustan el valor óhmico
Materiales utilizados: oro, platino, cobre
Se obtienen bajos valores de resistencia, no normalizados
Resistencias SMD miniatura de película
metálica Resistencias para montaje superficial, de
pequeño tamaño, sin terminales de conexión
Las resistencias miniatura de película metálica se construyen disponiendo una película sobre un núcleo cilíndrico de cerámica, aislado por un encapsulado de resina epoxídica
Dimensiones típicas: 3,6 mm de largo x 1,4 mm de diámetro
Valores típicos: resistencia, entre 0,22 Ω y 10 M Ω; tolerancias, 0,2 , 0,25 , 0,5 , 1 , 2 5%; potencia máxima de disipación a 70 ºC, 250 mW.
Resistencias SMD miniatura de película
gruesa Se fabrican mediante la serigrafía de una
pasta resistiva sobre un sustrato cerámico. El valor de la resistencia se obtiene por sinterizado
Tienen forma de paralelepípedo rectangular
Tamaños típicos: 2 x 1,25 x 0,5 mm y 3,2 x 1,6 x 0,6 mm
Valores típicos: resistencia, entre 10 Ω y 10 M Ω; tolerancias, 2, 5, 10%; potencia máxima de disipación a 70 ºC, 63 mW y 250 mW (las de mayores dimensiones)
Características técnicas de las resistencias
Potencia de disipación Valor óhmico Tolerancia Estabilidad Tensión máxima de trabajo Coeficiente de tensión Resistencia crítica Tensión de ruido Temperatura máxima de trabajo Límites de frecuencia Coeficiente de temperatura Soldabilidad Almacenamiento
Potencia de disipación Las resistencias se fabrican para un
determinado límite de carga, en el que el calor generado no las perjudica
El límite de carga se indica en vatios (W)
La potencia máxima de disipación varía con el tamaño de las resistencias.
A mayor tamaño, mayor superficie de contacto con el aire circundante y mayor capacidad de disipación de calor
Potencias de disipación típicas
Tecnología de fabricación
Potencia de disipación
Carbón aglomerado
1/8 W, ¼ W, ½ W, 1 W, 2 W
Película de carbón
1/8 W, ¼ W, 1/3 W, ½ W, 1 W, 1,5 W, 2 W
Película metálica
¼ W, ½ W
Bobinadas Amplia gama, de 1 W a 130 W
CONSEJOS IMPORTANTES
Observe la REGLA GENERAL DE SEGURIDAD:
Se elegirán las resistencias de forma que la disipación nominal sea, como máximo, el doble de la real
Al diagnosticar averías en un circuito, observe el aspecto exterior de las resistencias. Si adopta un color tostado, debe sustituirla por otra; es indicio de alteraciones en sus características
Valor óhmico y tolerancia El valor óhmico de las resistencias
no tiene relación alguna con el tamaño, sino con las materias constituyentes de la misma
Se fabrican con una serie de valores normalizados, establecida por la EIA (Asociación de industrias electrónicas de EE.UU)
VALORES NORMALIZADOS SEGÚN EIA
(Ver los valores en el anexo)
COLUMNA
TOLERANCIA
E192 ±0,5%E96 ±1%E48 ±2%E24 ±5%E12 ±10%E6 ±20%E3 -20%
+80%-0% + 100%
Estabilidad Cambio de valor de la resistencia en
condiciones de almacenamiento o de trabajo
Medida del grado de independencia del valor óhmico de la resistencia frente a la temperatura, humedad, envejecimiento.
Las resistencias más estables son las bobinadas, seguidas, en este orden, por las de película metálica, las de película de carbón y las aglomeradas
Tensión máxima de trabajo
Es la máxima diferencia de potencial que puede aplicarse a una resistencia sin sobrepasar la potencia máxima de disipación
Este parámetro está relacionado con la longitud de la resistencia
Resistencia crítica Es aquel valor de resistencia que
para su potencia nominal de disipación provoca una caída de tensión igual al máximo admisible por el tipo de resistencia
Rc = V2 / P V: tensión máxima admisible por la
resistencia P: potencia de disipación nominal
Tensión de ruido Ruidos de agitación térmica
(agitación molecular por encima del cero absoluto)
Ruidos debidos a los cambios internos en la resistencia cuando la corriente circula a través de ella
Llamado también ruido de fondo, afecta a la calidad
Temperatura máxima de trabajo
La temperatura ambiente afecta a las resistencias
Las resistencias de carbón soportan temperaturas de hasta unos 100 ºC; por encima de este valor, se producen cambios en la estructura de la envolvente usada para la amalgama de la resistencia
Valores típicos de temperaturas superficiales máximas:
resistencias pirolíticas, 150 ºC; las de película metálica, a 200 ºC y las de película de óxido, a 300 º C.
Resistencias bobinadas: con cubierta de barniz, 130 ºC; cubierta vítrea, por encima de 320 ºC.
Límites de frecuencia En CA, las resistencias tienen un
límite hasta el cual se comportan resistencias puras
A frecuencias elevadas, el comportamiento de las resistencia presenta cambios debido a: La inductancia que presentan algunas
resistencias, como las espiraladas y las bobinadas,
El efecto pelicular, por el cual la densidad de corriente es mayor en la superficie de la resistencia, que en su interior
Límites de frecuencia (2)Características generales recomendadas
para resistencias que operarán en alta frecuencia:
Dimensiones lo más pequeñas que sea posible.
Resistencia reducida Ser del tipo de película Preferir resistencias largas y finas que
cortas y gruesas Utilizar conexiones tan cortas como sea
posible No presentar deformaciones geométricas
bruscas a lo largo de su longitud
Coeficiente de temperatura
El valor óhmico varía con la temperatura y puede calcularse con el coeficiente de temperatura
El coeficiente de temperatura se expresa en ppm/ºC, en función del valor óhmico
Soldabilidad El sobrecalentamiento a que es sometida
cualquier resistencia al ser soldada a un circuito puede provocar alteraciones en la misma
Para mitigar los efectos de las soldaduras se recomienda: Efectuar soldaduras rápidas Unir un elemento metálico al terminal de conexión
de la resistencia, de modo que absorba el calor (por ejemplo, pinzas de punta plana)
Conservar limpias las superficies de las soldaduras Estañar los terminales de la resistencia antes de
efectuar la soldadura Mantener un buen contacto térmico entre el
soldador y el punto de unión
Almacenamiento Durante el almacenamiento las
resistencias sufren cambios en su valor óhmico
Valores típicos según el tipo: Aglomeradas, pueden cambiar en un 5% Bobinadas, en un 0,5% Película metálica, en solo 0,1% ( e
incluso menos)
Indicación del valor de una resistencia
El valor óhmico se indica por medio de: Cifras (bobinadas) Anillos de color grabadas sobre el cuerpo de la
resistencia (aglomeradas de carbón y película metálica o carbón)
Ventajas del código de anillos de color: El color es más perceptible que unas cifras en
superficies pequeñas Los anillos de color son legibles desde cualquier
punto de vista. Desventajas:
La impresión de anillos de color es más cara que la impresión en cifras
Es necesario aprender de memoria el código de colores
Resistencias ajustables y potenciómetros
Son resistencias cuyo valor óhmico puede modificarse entre un valor mínimo (generalmente cero ohmios) y un valor máximo
Se les dota de unos dispositivos móviles para ajustar o variar el valor óhmico
Resistencias ajustables Se constituyen por una capa de
carbón aglomerado con una conexión fija al exterior por uno de sus extremos. Sobre la lámina de carbón aglomerado se desliza un segundo contacto
Potenciómetros Son similares a las resistencias
ajustables, aunque en ellos se añade un tercer terminal que hace que su funcionamiento sea distinto.
Entre los terminales externos, existe siempre una resistencia de valor fijo.
Entre el terminal central (el del cursor) y cada uno de los extremos, el valor óhmico es variable entre un valor nulo y el máximo propio del elemento resistivo, según la posición del cursor
Clasificación de los potenciómetros
Potenciómetros ajustablesSon aquellos cuyo cursor se desplaza,
durante el ajuste del aparato, a una posición bien determinada, permaneciendo en ella de forma fija durante prácticamente toda la vida del aparato.
Potenciómetros variablesSon aquellos que se pueden accionar en
cualquier momento para variar las condiciones de funcionamiento del aparato
Clasificación de los potenciómetros
Potenciómetros de uso generalNormalmente, siguen leyes de
variación lineales y logarítmicas.Se construyen con hilo bobinado y con
películas de carbón Potenciómetros de precisiónSon de hilo bobinado y, generalmente,
siguen leyes lineales senoidales, cosenoidales u otras funciones matemáticas
Trimmers potenciométricos SMD
El elemento resistivo es cermet, que tiene buenas características en temperatura
Se fabrican en estructura abierta y cerrada, con dimensiones de 2 a 12 mm2
Pueden soportar potencias de 150 y 250 mçW a 70ºC.
Características técnicas de los potenciómetros
Valor óhmico Disipación máxima Linealidad Resolución Coeficiente de temperatura Tensión máxima admisible Tolerancia Resistencia efectiva mínima Resistencia a la humedad Angulo de rotación Variación del valor óhmico en función del ángulo de
rotación Nivel de ruido Estabilidad Resistencia de aislamiento Par de accionamiento Par extremo
Características técnicas de los potenciómetros
Valor óhmico Los potenciómetros de hilo bobinado para uso
general se fabrican con valores superiores a los 500 Ω; los de carbón, hasta 5 MΩ
Los potenciómetros de precisión se fabrican con valores hasta aproximadamente 100 k Ω
Los potenciómetros SMD se fabrican con resistencias de 100 Ω a 1 M Ω.
Los valores citados pueden hacerse variar, del máximo al mínimo, en forma lineal, logarítmica, antilogarítmica, etc.
El valor óhmico de un potenciómetro se indica por cifras y letras en su propio cuerpo
Potencia de disipación máxima Depende de la seguridad requerida por
lo que respecta a la elevación de temperatura del mismo
Potencias máximas de trabajo típicas: en los potenciómetros de hilo bobinado oscilan entre 0,5 W y 150 W; en los de carbón, entre 40 mW y 2 W; en potenciómetros SMD, límite en 250 mW
LinealidadUn potenciómetro posee buena linealidad
cuando a cada incremento igual del ángulo de rotación del contacto deslizante, corresponde un cambio constante de resistencia
Ejemplo: Potenciómetro de 100 kΩ con linealidad de
±0,1%. Implica que su valor no debe variar en más de 100 Ω a cada lado de la línea de error nulo
Resolución Variación de resistencia producida
por un cierto cambio de la posición del contacto deslizante
Generalmente, se expresa como la resistencia por vuelta del hilo resistivo. Es función del número de espiras del potenciómetro
Coeficiente de temperatura Tensión máxima admisibleCabe distinguir entre tensión máxima
de trabajo a través del elemento resistivo y tensión máxima entre el eje y el elemento resistivo
Tolerancia Para los de carbón, es del orden de
±20%. Para los de hilo bobinado,
aproximadamente ±10%.
Resistencia efectiva mínima Valor en proporción al valor óhmico
nominal en que la rotación del cursor hace contacto con el elemento resistivo
Valores típicos, en los de carbón, menos de 5% del valor nominal; en los de hilo bobinado, sólo del 3%.
CAPACITORES CONDENSADORES
FunciónAlmacenar electricidad Construcción básica
Se enfrentan dos placas o armaduras, superficies conductoras aisladas entre sí por un material aislante o dieléctrico
La capacidad de almacenamiento es directamente proporcional a la superficie de las placas enfrentadas e inversamente proporcional a la distancia entre ellas; depende, además, de la constante dieléctrica del aislante existente entre las placas.
CAPACITORESClasificación de los capacitores
Según su construcción: Fijos Variables
Clasificación de los capacitores
Según el tipo de dieléctrico utilizado: Condensadores de mica Condensadores de papel Condensadores de dieléctricos plásticos
(poliéster) Condensadores cerámicos Condensadores electrolíticos
Condensadores de mica La mica es un silicato de aluminio con una
proporción variada de sales con elevada resistividad (del orden de 1015 a 10 17 Ω . m)
Consisten en un conjunto de una o más hojas de mica y otras más pequeñas de aluminio colocadas alternativamente
Ventajas: dieléctrico muy estable, de elevada resistividad.
Usos: En alta frecuencia, con elevadas tensiones de trabajo. Capacitores patrón
Valores típicos: 5 pF a 100 nF
Condensadores de papel Se enrolla una hoja de papel entre
dos hojas metálicas, añadiendo una sustancia impregnada (aceite)
Ventajas: altas tensiones de trabajo
Condensadores de plástico (poliéster)
Dieléctrico constituido por material plástico
Construcción similar a la del papel, al que ha sustituido en variedad de aplicaciones
Espesor del dieléctrico: ~ 1μm Ventajas: gran resistencia mecánica,
no ser higroscópicos, soportar un amplio margen de temperaturas de funcionamiento, gran rigidez dieléctrica
Valores típicos: 2 pF a 10 μF
Condensadores cerámicos
Construcción básica: dos capas metálicas constituyen las armaduras que cubren interior y exteriormente a un tubo cerámico
Las propiedades dieléctricas se varían añadiendo aditivos (tipo I y tipo II)
Ventajas: bajas pérdidas, constantes dieléctricas elevadas.
Usos: circuitos de alta frecuencia Valores típicos: 1 pF ~ 10 nF
Condensadores para montaje superficial
Tecnología: película de sulfuro de polietileno
Valores típicos: 100 pF ~ 100 nF Dimensiones típicas: longitud de 2 a
4,8 mm; ancho de 1,25 a 3,3 mm; alto de 0,8 a 2 mm
Bajas tensiones de trabajo
Condensadores electrolíticos
Construcción básica: dos folios de aluminio arrollado se separan por medio de un papel impregnado por un electrólito (líquido conductor de la corriente eléctrica)
Al aplicar electricidad al papel, se constituye el dieléctrico por medio de una finísima película de óxido de aluminio
Ofrece elevada capacidad, gracias a la distancia de separación, del orden de 0,1 mm
Versiones de unidades polarizadas y no polarizadas
Características: tolerancia elevada, gran influencia de la temperatura
Valores típicos: 0,1 μF ~ miles de μF Usos: circuitos de filtrado y desacoplo de etapas
de audio y de filtrado en fuentes de alimentación
Condensadores electrolíticos
Condensadores electrolíticos de tantalio
Menor tamaño para determinada capacidad
Oxido de tantalio Alta constante dieléctrica,
tolerancias bajas, menor corriente de fuga
Condensadores ajustables Trimmers y padders
Pequeños condensadores con los cuales se ajusta la capacidad al valor requerido por un circuito
Métodos de variación de la capacidad: Variación de la superficie de las
armaduras Variación de la separación entre
armaduras Variación del dieléctrico Diversas formas: de presión, de disco,
de placas, tubulares
Características técnicas Valor capacitivo Tolerancia Tensión máxima de trabajo Tensión de prueba Corriente de carga Coeficiente de temperatura Resistencia de aislamiento Inductancia parásita Frecuencia de resonancia propia Factor de potencia
Características técnicas Valor capacitivo
Se construyen en base a las mismas tablas E que las resistencias
ToleranciaDiscrepancia del valor de capacidad,
dentro de ciertos límites, del valor teórico o nominal
Tensión máxima de trabajo (Tensión nominal o de servicio)Es el valor máximo de tensión admisible
entre las placas del condensador Tensión de prueba
Valor superior al de la tensión nominal de servicio
Si se supera la tensión de prueba, el dieléctrico se perfora
Corriente de cargaAl conectar un condensador descargado a
una fuente de corriente continua, circula una corriente que tiende a disminuir a medida que el mismo se carga
Coeficiente de temperatura Propiedad del dieléctrico Puede ser (+) ó (-)
Resistencia de aislamiento Son pérdidas que se presentan cuando
se aplica corriente continua a un capacitor
Disminuye al aumentar la temperatura Inductancia parásita
Es variable y depende de la forma constructiva
Se pone de manifiesto a frecuencias elevadas
Se supone conectada en serie con el capacitor
Frecuencia de resonancia propia Frecuencia a la cual se igualan las
reactancias capacitiva y de inductancia parásita
Por encima de esta frecuencia, el capacitor se comporta como bobina
Factor de potenciaCos φ = R / Z, Z = √( Xc2 + R2)R: resistencias óhmicas en terminales y
armaduras
BOBINAS o INDUCTORES
Función Almacenamiento de energía en
forma de campo magnético No existen estándares comerciales
Clasificación de las bobinas
Según la frecuencia de corriente alterna:
Bobinas para altas frecuencias (radiofrecuencia)
Bobinas para bajas frecuencias Según el núcleo: Bobinas con núcleo de aire Bobinas con núcleo de hierro Bobinas con núcleo de ferrita
Bobinas con núcleo de aire
Constan de un arrollamiento de hilo conductor devanado sobre un soporte de fibra plástico u otro material no magnético
Hilo de cobre, hasta 50 MHz; para frecuencias superiores, cobre plateado
En RF, se utiliza hilo de Litz: hilos trenzados con los que se minimiza el efecto pelicular
Se recubren con un barniz aislante
Bobinas con núcleo de hierro
El núcleo incrementa la inductancia, sin aumentar el número de espiras de la bobina
Se inserta dentro del bobinado un material ferromagnético
Pérdidas debidas a las corrientes de Foucalt, que producen calor
Bobinas con núcleo de ferrita
Las ferritas son óxidos metálicos con características de dieléctrico (material aislante al paso de la corriente eléctrica)
Se utilizan ferritas de níquel, de cobalto, de manganeso y de magnesio
Construcción de núcleos en base a técnica cerámica: por inyección o presión
Características técnicas Valor inductivo Tolerancia Variación de la inductancia Margen de frecuencias Resistencia de aislamiento Coeficiente de temperatura Factor de calidad
Valor inductivo Depende de características
constructivas: número de espiras, sección de la espira, longitud del arrollamiento, coeficiente de permeabilidad del núcleo
Se construyen algunos valores normalizados utilizando las mismas tablas E que para las resistencias
Tolerancia Discrepancia, dentro de ciertos límites,
del valor nominal o teórico de la bobina. Se atribuyen al proceso de fabricación
Variación de la inductancia En bobinas con núcleo ajustable, se
varía el coeficiente de autoinducción en forma porcentual
Margen de frecuencias Determinado por el efecto pelicular y
por las capacidades parásitas Resistencia de aislamiento
Las espiras se recubren con un barniz o aislante que evita el cortocircuito directo entre espiras adyacentes; puede perforarse por encima de cierto valor de tensión
Se expresa en MΩ
Coeficiente de temperatura Se expresa en partes por millón de
variación por ºC Es producto de la variación óhmica de
la resistencia de los hilos con que se fabrican las bobinas
Factor de calidadQ = XL / R = 2πfL / R
