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RESISTORES (R)
CARACTERISTICAS DE LOS RESISTORES INTRODUCCION Todos los
materiales físicos obstaculizan en algún grado la circulación de la
corriente eléctrica. Ciertos materiales, como el cobre, ofrecen
poca resistencia a la circulación de la corriente; por tal razón se
dice que el cobre es un conductor, o bien, un material que tiene
una resistencia despreciable. Otros materiales, como la cerámica,
que ofrecen una resistencia sumamente alta a la circulación de la
corriente se denomina aislantes. En circuitos eléctricos y
electrónicos existe la necesidad de materiales con valores
específicos de resistencia entre la de los conductores y los
aisladores. Estos materiales se denominan resistores, y sus valores
de resistencia se expresan en óhms (cuyo símbolo se representa por
la letra griega omega (Ω)). Los resistores pueden clasificarse, de
acuerdo con su valor, en fijos o variables. Los resistores
variables se denominan por lo común potenciómetros. En la figura 1
se muestran los símbolos eléctricos para los resistores fijos y
para los potenciómetros. Los resistores también se clasifican en
lineales y no lineales. En un resistor lineal, cuando varía el
voltaje aplicado, varía la corriente que circula proporcionalmente
pos él. El comportamiento de un resistor no lineal es tal que
cuando varía el voltaje aplicado, el cambio en la corriente no es
proporcional al cambio del voltaje. Los resistores que se utilizan
normalmente en los circuitos son lineales. En aplicaciones
especiales, que se mencionarán posteriormente, se dispondrá de
resistores no lineales. DESCRIPCION GENERAL La resistencia de
cualquier material está dada por la siguiente expresión:
ALR ρ= (1)
En donde R= resistencia (ohms). ρ= resistividad del materia
(ohm-cm). L= longitud del material (cm). A= área de la sección
transversal del material (cm²). La resistividad ρ (letra griega
rho) es una propiedad inherente de los materiales. La ecuación (1)
muestra dos aspectos importantes. Para un material con una
resistividad dada, la resistencia varía directamente con la
longitud L e inversamente con el área de la sección transversal A.
Por ejemplo, un alambre muy largo tiene una resistencia mayor que
la correspondiente a un alambre de menor longitud. También, un
alambre con un diámetro
COMPONENTES RLC- 1
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grande (área de la sección transversal grande) tiene una
resistencia menor que la correspondiente a un alambre con un
diámetro menor. El voltaje y la corriente en un resistor están
relacionados por medio de la ley de Ohm:
REI =
En donde E= Voltaje a través de resistor (V). I= Corriente que
circula por el resistor (A). R= Resistencia (Ω).
Figura 1.- Símbolos eléctricos para los resistores: (a) Fijos
(b) Variables (potenciómetros).
La potencia P (en watts) disipada en un resistor, puede
expresarse por cualquiera de las siguientes expresiones:
EIP = RIP 2=REP
2
=
TERMINOS Y PARAMETROS DEL RESISTOR
En esta sección se definen los términos y parámetros comúnmente
utilizados para describir los resistores fijos y variables. Siempre
que sea conveniente se ilustrarán las curvas típicas que se
muestran la variación de la resistencia con la temperatura, así
como otros valores de interés. RESISTENCIA. La unidad de la
resistencia es el ohm. Generalmente, los valores de resistencia en
miles de óhms se expresan en kilóhms(KΩ), y millones de óhms en
megaóhms(MΩ). Los valores nominales de los resistores en operación
están generalmente basados a 25 °C (temperatura ambiente).
TOLERANCIA. La tolerancia expresa la máxima desviación de la
resistencia de su valor nominal. POTENCIA NOMINAL. La potencia
nominal es la máxima potencia continua, en watts, que puede disipar
un resistor a una temperatura de 70°C. A temperaturas superiores
a70°C, la potencia nominal de un resistor se reduce o disminuye. En
la figura 2 se muestra una
COMPONENTES RLC- 2
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curva típica de reducción. La figura 2 a muestra resistencias en
el tamaño proporcional a la capacidad de potencia.
Figura 2.- Curvas típicas que muestran la variación de la
resistencia nominal con la temperatura.
Figura 2 a.- Resistencias en función de la potencia que
soportan.
VOLTAJE NOMINAL DE TRABAJO CONTINUO. El voltaje nominal de
trabajo continuo (RCWV) es el máximo voltaje que puede aplicarse
con seguridad a un resistor. En la figura 3 se muestran las curvas
típicas de RCWV versus la resistencia. Por ejemplo, el voltaje
nominal de trabajo continuo para un resistor de 50 óhms a 2 watts
es de 10 V.
COMPONENTES RLC- 3
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Figura 3.- Figuras típicas para el RCWV para diferentes
potencias nominales en función de la resistencia.
RESISTORES FIJOS Los resistores fijos se fabrican de acuerdo con
cuatro tipos básicos: 1.- Composición de carbón. 2.- Película de
metal. 3.- Película de carbón. 4.- Alambre devanado. Los resistores
también pueden clasificarse en términos de su tolerancia: 1.- Uso
general: con una tolerancia del 5% o mayor. 2.- Semiprecisión: con
una tolerancia entre el 1 y el 5%. 3.- Precisión: con una
tolerancia entre 0.5 y 1%. 4.- Ultraprecisión: con tolerancias
mejores que el 0.5%. COMPOSICIÓN DE CARBÓN. El resistor de
composición de carbón es probablemente el resistor fijo más
utilizado en circuitos discretos. Se encuentran resistores de
composición con valores de resistencia desde 1 ohm hasta 100
megaóhms y con potencias nominales típicas que van de 1/8 a 2 W. Su
coeficiente de temperatura es alto (superior a las 500 ppm/°C), y
su costo es bajo. La siguiente figura muestra una resistencia de
carbón.
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Vista en corte de una resistencia de carbón.
PELÍCULA DE METAL. Los resistores de película de metal se
encuentran disponibles como componentes con tipo de película
delgada y gruesa. Dentro de la categoría de película gruesa se
encuentra el óxido de estaño, el esmalte metálico, el cermet y los
resistores de película voluminosa. En esta sección se considerará
cada uno de estos tipos. PELÍCULA DELGADA. El elemento resistivo en
resistores de película delgada está constituido por un espesor de
película del orden de una millonésima de pulgada. (Una película
gruesa, tiene un espesor mayor de una millonésima de pulgada.) Por
lo común, la película delgada se deposita sobre un sustrato de
cerámica al alto vacío. La siguiente figura muestra una resistencia
de película delgada.
Construcción de una resistencia de película delgada.
PELÍCULA DE CARBÓN. Este resistor se fabrica al depositar una
película de carbón sobre un sustrato de cerámica. Algunas de las
características de los resistores de película de carbón son su
escala resistiva que va desde los 10 óhms hasta los 10 megaóhms,
tolerancias del 5% o mayores, un TCR del orden de 150 ppm/°C,
potencia nominal hasta de 2 W, generalmente éstos son menos
ruidosos que los resistores con composición de carbón y un costo
bajo.
COMPONENTES RLC- 5
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ALAMBRE DEVANADO. Los resistores de alambre devanado abarcan un
amplio espectro de aplicaciones. Fabricados en diferentes formas y
tamaños, se utilizan ampliamente como resistores de ultraprecisión
en instrumentación y como resistores de potencia en aplicaciones
industriales. El resistor de potencia, de alambre se construye
enrollando una sola capa de alambre de aleación especial, devanada
alrededor de un núcleo aislante. Esta unidad se recubre con un
esmalte vítreo o con silicona. El alambre resistivo utilizado debe
tener un cuidadoso control de resistencia por unidad de longitud,
un coeficiente de temperatura bajo, y además, ser capaz de operar a
altas temperaturas. Las aleaciones empleadas incluyen
níquel-cromo-aluminio y níquel-cromo-hierro. La siguiente figura
muestra una resistencia de alambre devanado.
Corte de una resistencia de alambre devanado.
CODIGO DE COLORES DE LOS RESISTORES En la figura 4 se ilustra el
código de colores para los resistores de composición y algunos de
tipo axial. Se usan bandas de diferente color para designar el
valor de la resistencia y la tolerancia. Las primeras dos bandas
indican el primer y segundo dígitos del valor de la resistencia,
mientras que la tercera banda indica cuántos ceros siguen a los
primeros dos dígitos. La tolerancia se indica por medio de la
cuarta banda. Por ejemplo, un resistor con las siguientes bandas de
colores: amarillo-violeta-naranja-plata, significa que es de 47 000
óhms ± 10 % de tolerancia, ya existen en el mercado resistores con
cinco bandas donde esta última representa el % de falla en mil
horas de uso, donde se usan solo los colores del café al amarillo
representando al 1.0, 0.1, 0.01, 0.001 % respectivamente.
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Figura 4.- Código de colores para resistencias.
De una manera general, para resistores de película y de alambre
devanado, los valores de la resistencia y de la tolerancia se
marcan en el cuerpo del resistor. En algunas ocasiones, el
fabricante puede utilizar su propio código. Por esta razón es una
buena práctica consultar el catálogo o las hojas de
especificaciones del fabricante.
CONEXIÓN DE RESISTORES
RESISTORES EN SERIE: En la figura 5 se muestran n resistores
conectados en serie. En un circuito serie, la corriente I que
circula por cada uno de los resistores es la misma. La resistencia
total equivalente RTS del circuito serie es igual a la suma de los
resistores individuales:
RTS = R1+R2+...+Rn
Si n resistores iguales se conectan en serie, la resistencia
total equivalente es igual al producto del valor de un resistor
individual y n:
RTS = Nr
Figura 5.- Resistores en serie.
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RESISTORES EN PARALELO. En la figura 6 se muestran n resistores
conectados en paralelo. En un circuito paralelo, el voltaje E a
través de cada uno de los resistores es el mismo. Rl valor de la
resistencia equivalente RTP es el inverso de la suma de los
inversos de cada una de las resistencias individuales.
nTP RRRRR11111
321
+⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+++=
Es conveniente tomar dos resistores a la vez(es mas practico y
rápido) cuando se desea calcular la resistencia equivalente RTP de
un circuito paralelo. La resistencia equivalente R de los
resistores. R1 y R2 en paralelo (especificados como R1// R2) es
igual a su producto dividido entre su suma:
21
21
RRRR
R+
=
Para el caso de n resistores idénticos en paralelo, la
resistencia equivalente es igual al valor de un resistor
individual, R1, dividido entre n:
nRRTP 1=
Figura 6.- Resistores en paralelo.
REDES TIPO DIP. Los resistores en varias configuraciones
encapsulados en línea doble (CHIP), utilizados en circuitos
integrados, constituyen una red tipo CHIP. Por lo general, los CHIP
contienen 14 o 16 terminales(figura 7b)). En la figura 7(a) se
muestra una red de configuraciones escalera de tipo DIP. Se
encuentra en el mercado gran cantidad de configuraciones de
resistores, que son generalmente de película delgada o gruesa.
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Figura 7(a).- Red de resistencias de integrado.
Figura 7(b).- Integrado de resistencias. RESISTORES VARIABLES
(POTENCIOMETROS). Un resistor variable, conocido comúnmente como
potenciómetro convierte la rotación de un eje en un voltaje de
salida. Existen básicamente tres tipos de potenciómetros: 1. De un
solo giro. 2. De múltiples giros. 3. Pequeños para ajuste fino. En
las figuras 8 y 9 se muestran ejemplos de potenciómetros. El de un
solo giro puede considerarse el “caballito de batalla” de los
resistores variables. Se encuentran en el mercado de la escala de
resistencias que van desde 50 óhms hasta 5 megaóhms o más; en
tolerancias de ± 10 % y ± 20 %, en disipaciones nominales de 2 y 3
W.
Figura 8.- Pot. de un solo giro. Figura 9.- Pot. de múltiples
giros.
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Normalmente los potenciómetros tienen tres terminales, dos fijas
y una móvil. Si se hace uso de una terminal fija y la móvil se
emplea como reóstato y si se usan las tres terminales se emplea
como potenciómetro (comúnmente como divisor de voltaje). La
siguiente figura muestra la conexión típica de los
potenciómetros.
Conexiones comunes de los potenciómetros. En algunas
aplicaciones se requieren dos o más potenciómetros que compartan el
mismo eje giratorio del dispositivo. A este tipo de combinación se
le conoce con el nombre de multipotenciómetro. Tiene generalmente
10 giros y se encuentra en el mercado en una escala de resistencias
típicas que van desde 50 óhms hasta 250 óhms, con tolerancias de ±
3 %, y con potencia nominal a 5 W. El potenciómetro de ajuste fino,
que puede considerarse según dice la frase “ajústame y olvídame”,
es utilizado generalmente para un ajuste de resistencia de una sola
vez.
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TIPOS DE MATERIALES Se utilizan cuatro tipos básicos de
materiales en la construcción de potenciómetros:
1. Carbón 2. Cermet 3. Plástico conductivo 4. Alambre
devanado
DECADA DE RESISTENCIAS Este tipo de resistencias se encuentra en
los laboratorios para facilitar los ajustes en algunas practicas.
El nombre se debe al hecho de que cada interruptor esta conecta un
grupo de resistencias cuyos valores difieren de las resistencias
conectadas al interruptor adyacente por un factor de diez (una
década). Cada interruptor se puede conectar en una de diez
posiciones (marcadas de 0 a 9) que corresponden a diez resistencias
conectadas en serie. Estos interruptores están todos conectados
entre sí de tal forma que podemos obtener la resistencia deseada
llevando simplemente los interruptores a la posición apropiada. Una
resistencia de este tipo se muestra en la siguiente figura.
Década de resistencias.
Conexiones internas de una década de resistencias de 1 – 999 Ω.
Los interruptores
Están conectados para obtener 305 Ω.
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TERMISTOR Un termistor es un resistor no lineal hecho de
material semiconductor, que es extremadamente sensible a los
cambios en la temperatura. Un pequeño cambio en la temperatura del
cuerpo de un termistor, da lugar a un cambio apreciable en su valor
de resistencia. Mientras que la mayor parte de los conductores
tienen un coeficiente de temperatura positivo (PTC), el termistor
puede tener un coeficiente de temperatura positivo o negativo
(NTC). Son de interés muy particular los termistores con
coeficientes de temperatura negativos. La siguiente figura muestra
las características de un conductor y un termistor, así como el
símbolo.
(a) (b) (a) Características de un conductor y un termistor (b)
Símbolo del termistor.
VARISTORES El varistor, que es otro ejemplo de un resistor no
lineal, es un dispositivo en donde la corriente varía como una
potencia del voltaje aplicada. Por consiguiente proporcional al
voltaje aplicado, cumpliéndose la ley de Ohm. Sin embargo, en un
varistor la corriente en proporcional a la potencia del voltaje
aplicado. En donde n está en una escala de valores de 2 a 6. En la
figura 10 se muestra una curva característica típica de voltaje
corriente, así como el símbolo eléctrico del varistor. Entre las
aplicaciones del varistor se incluyen la protección de sobrevoltaje
y otros circuitos protectores, así como la generación de formas de
onda no senoidales figura 10 (c).
Figura 10.- Varistor (a) Curva característica V-I (b) Símbolo
(c) Aplicación(protección con varistor).
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