electrónica Departamento de Tecnología – CPR Jorge Juan – Xuvia 87 resistencia Leopoldo E. Álvarez

Tecnología

ELECTRÓNICA Resistencia

CPR. JORGE JUAN Xuvia-Narón

Cualquier materia en la naturaleza ofrece una oposición al paso de la corriente eléctrica a través de ella. Este efecto se denomina resistencia y su valor viene dado por: La resistencia es proporcional a la longitud de la materia e inversamente proporcional a su sección. El coeficiente de proporcionalidad, , se denomina resistividad y depende de las características intrínsecas de la materia. Su inversa se denomina conductividad,

G= 1

.

Conforme va aumentando el valor de la resistencia, la oposición al paso de la corriente eléctrica a través de ella es mayor por lo que circulan menos electrones; la intensidad de corriente disminuye. La relación entre el voltaje, V, aplicado a los bornes de la resistencia, la intensidad de corriente, I, que atraviesa la resistencia, y el valor, R, de dicha resistencia viene dada por la ley de Ohm:

R= VI

Las resistencias se pueden clasificar atendiendo a distintos parámetros según:

Por su valor óhmico Resistencias fijas

Presentan un determinado valor al paso de la corriente eléctrica a través de ellas. Resistencias variables

Son resistencias cuyo valor puede variar entre, 0 , y un máximo especificado por el fabricante.

Material Resistividad a 23°C, en, .m

Plata 1.59 × 10-8 Cobre 1.68 × 10-8 Oro 2.20 × 10-8

Aluminio 2.65 × 10-8 Tungsteno 5.6 × 10-8 Hierro 9.71 × 10-8 Acero 7.2 × 10-7 Platino 1.1 × 10-7 Plomo 2.2 × 10-7 Nicromio 1.50 × 10-6

Carbón 3.5 × 10-5 Germanio 4.6 × 10-1 Silicio 6.40 × 102 Piel humana 5.0 × 105

Vidrio 1010 a 1014 Hule 1013 Sulfuro 1015 Cuarzo 7.5 × 1017

electrónica Departamento de Tecnología – CPR Jorge Juan – Xuvia 88 resistencia Leopoldo E. Álvarez

Las resistencias variables se clasifican según:

Su construcción Rotatorio Deslizante Deslizante con tornillo Multivuelta Su ley de variación Lineal Logarítmico Exponencial Otros

Su montaje en los circuitos Potenciómetro

Se utilizan para variar los niveles de tensión en un circuito. Se conectan en paralelo al circuito y se comporta como un divisor de tensión. Se utilizan en circuitos con poca corriente eléctrica pues apenas disipan potencia. Son una resistencia que además de los bornes de los extremos tiene un borne central que hace contacto con el estrato de material resistivo.

Reostato

Se utilizan para variar los niveles de corriente eléctrica y tienen un terminal unido al cursor. Son de mayor tamaño que los potenciómetros pues por ellos circula más corriente eléctrica y disipan más potencia.

Se conecta en serie con el circuito y se debe tener cuidado de que su valor, R, en ohmios y la potencia, P, que puede soportar en watios sea el adecuado para soportar la corriente eléctrica, I, en amperios que va a circular por él.

El reostato tiene sólo dos bornes, uno fijo y el otro móvil.

electrónica Departamento de Tecnología – CPR Jorge Juan – Xuvia 89 resistencia Leopoldo E. Álvarez

Su dependencia de un parámetro físico

Según cual sea el parámetro físico que afecta al valor de la resistencia, éstas se clasifican en:

Varistor

Resistencia cuyo valor depende de la tensión en sus bornes Magnetoresistores

Resistencia cuyo valor depende de la intensidad de campo magnético donde estén inmersas.

LDR

Resistencia cuyo valor depende de la intensidad de la luz que incide sobre ellas.

Termistor

Resistencia cuyo valor depende de la temperatura a la que se encuentre. Según sea su coeficiente de temperatura se clasifican en:

NTC (coeficiente de temperatura negativo), T, R PTC (coeficiente de temperatura positivo), T, R

Las gráficas que explican el comportamiento de estas resistencias con su parámetro físico son:

Su construcción

De composición o aglomerados

Constituidos por una mezcla de carbón, materia aislante y resina aglomerante.

La mezcla resistiva se compone de grafito ó carbón, resina y, en algunos casos, talco. Esta mezcla, en proporciones adecuadas, forma un polvo negro que se comprime hasta darle forma cilíndrica. Conseguida ésta, se pasa por un horno y la acción del calor le proporciona dureza. Los termínales se pueden unir a la resistencia, por varios sistemas:

Colocando en el interior de la mezcla, y antes de ser endurecida, los terminales. Colocando unos casquillos metálicos, que ya llevan los hilos de

electrónica Departamento de Tecnología – CPR Jorge Juan – Xuvia 90 resistencia Leopoldo E. Álvarez

conexión soldados a ellos.

A continuación se impregnan con una capa de barniz o resina protectora y otra de pintura, sobre la cual se indica su valor. Este tipo de resistencias presenta elevada inestabilidad térmica, lo que provoca aumentos en los valores óhmicos con la temperatura de trabajo. Otro fallo puede producirse en los terminales, que, al no estar convenientemente sujetos, producen fácilmente cortes en los circuitos o altos niveles de ruido

De película ó capa de carbono Consiste en cuerpo tubular cerámico sobre el que se deposita una fina capa de carbono puro. Sobre una barra de cerámica se deposita una capa de carbón mediante la descomposición de un vapor de hidrocarburo a temperatura de unos, 1000 °C. El valor óhmico se logra mediante el control de la presión, la temperatura y el tiempo de exposición. Puede, más tarde, aumentarse el valor realizando un tratamiento especial en la película. A continuación, se introducen los terminales y se recubren por moldeo con una capa de esmalte y pintura, sobre la que se indica el valor óhmico. Su estabilidad es mayor que la de las aglomeradas, pero pueden presentar el mismo tipo de problemas anteriormente comentados.

De película metálica Consta de un núcleo aislante recubierto por una fina capa de metal, aleación u óxido metálico. El proceso de fabricación es prácticamente el mismo, salvo que, sobre la barra de cerámica, se deposita un metal, en vez de carbón. Ganan en estabilidad a las anteriores y se emplean cuando es necesaria una gran seguridad de funcionamiento o frente a condiciones muy adversas. De alambre arrollado ó bobinado Se construyen a partir de hilos metálicos arrollados sobre un núcleo cerámico. Son de uso general, de precisión o de disipación. Existe gran variedad en la fabricación de este tipo de resistencias, tanto por la manera de devanar el hilo, como por la de protegerlo. Es muy interesante que disipen calor con facilidad pues, generalmente, se usan en circuitos en los que la potencia es elevada. No precisan, en cambio, gran exactitud. El hilo se arrolla de manera que la resistencia no presente autoinducción, y para ello, se usa cualquiera de los tres sistemas. En algunos casos, el hilo no se recubre con ningún material, sino que va colocado sobre un tubo cerámico, en el que se ha practicado una hendidura helicoidal, sobre la que se aloja el hilo. Pueden llevar tomas de corriente eléctrica, tal y como se aprecia.

electrónica Departamento de Tecnología – CPR Jorge Juan – Xuvia 91 resistencia Leopoldo E. Álvarez

Las que llevan protección son las vitrificadas y cementadas. Las primeras se recubren, una vez bobinadas, con una capa de esmalte vitrificado, cuyo coeficiente de dilatación es el mismo que el del tubo cerámico; el esmalte vitrificado es neutro respecto del hilo por lo que no le ataca y, además, disipa fácilmente el calor. Pueden fabricarse también con tomas de corriente eléctrica, mediante terminales como los que se muestran El hilo se suelda a los terminales y, a continuación, se esmalta todo el conjunto en un horno a unos, 780 °C, quedando así el bobinado y las conexiones de los terminales totalmente protegidos. Los terminales se deben limpiar antes de su uso. Las vitrificadas con tomas de tensión van libres de esmalte a lo largo de una generatriz, sobre la que se desplaza un collar, que se ajusta mediante un tornillo.

Las cementadas, aún sin alcanzar ni el grado de precisión, ni calidad de las anteriores, cumplen debidamente su función en circuitos de poca precisión. El cemento que recubre el hilo es de naturaleza inorgánica, a base de resinas de siliconas, y puede trabajar a temperaturas de, 275 °C. Su fabricación es idéntica a las vitrificadas hasta la impregnación que, en esta ocasión, se efectúa por inmersión de la resistencia en cemento secándolo posteriormente en una estufa de polimerización a temperaturas de, 300° C. Finalmente se limpian los dos terminales y quedan listas para el uso:

Integrados Pueden ser:

De película gruesa aplicados por serigrafía De película delgada aplicados por evaporación al vacío

Las redes de resistores se consiguen con encapsulados: SIP single inline package DIP dual inline package

Su característica, V-I Lineales No lineales

La potencia que pueden disipar

De precisión

Hasta, 0’5 W, además los, R, de precisión suelen ser de una tolerancia igual ó menor al, 1%.

De uso general Hasta, 2 W

electrónica Departamento de Tecnología – CPR Jorge Juan – Xuvia 92 resistencia Leopoldo E. Álvarez

De potencia Hasta, 2 kW

Su montaje en el circuito De inserción

Los componentes se fijan atravesando la placa de circuito impreso De montaje superficial Características típicas de los resistores fijos más comunes

RESISTOR VALOR NOMINAL

TOLERANCIA[%]

POTENCIA [W]

T máx. [°C]

f LÍMITE [Hz]

Composición 1 a 100M 5, 10, 20 1/8 a 2 115 10M Película carbón 1 a 22M 0’5 a 10 1/10 a 2 150 100M

Pel. metálica 1 a 10M 0’1 a 5 1/8 a 1 175 400M Alambre (prec.) 0.1 a 1M 0’01 a 1 1/8 a 2 125 50k

Alambre (disp.) 1 a 220k 5 a 10 hasta 5k 400 50k

Integrados 5 a 5M 1 a 10 50m a 600m 125 100M

Las resistencias son fabricadas en una amplia variedad de valores. Los valores comunes de resistencias son:

1’0, 1’2, 1’5, 1’8, 2’2, 2’7, 3’3, 3’9, 4’7, 5’6, 6’8, 8’2, … .10n, n=0,1,2,3,4,5,6

Hay resistencias con valores de Kilohmios, K, Megaohmios, M. Estas dos últimas unidades se utilizan para representar resistencias muy grandes.

1 Kilohmio, K= 1000 Ohmios, 1 Megaohmio, M= 1000000 Ohmios, 1 Megaohmio, M= 1000 Kilohmios, K

La resistencia varía su valor cuando la temperatura cambia, es por este motivo que el circuito que contenga estos elementos funcione en ambientes donde la temperatura sea normal y constante. Si esto no fuera así y la temperatura en el lugar donde está el elemento variara a una temperatura que se conoce, entonces se puede obtener el nuevo valor de la resistencia. Este nuevo valor de resistencia a una nueva temperatura, conociendo el valor de la resistencia a una temperatura dada se obtiene utilizando la expresión:

Rtf= Rto.[1+α(tf - to)]

Rtf resistencia final a la temperatura, tf, en ohmios

electrónica Departamento de Tecnología – CPR Jorge Juan – Xuvia 93 resistencia Leopoldo E. Álvarez

Rto resistencia inicial a la temperatura, to, en ohmios coeficiente de temperatura tf temperatura final en, °C to temperatura inicial en, °C Se tiene un conductor de cobre con resistencia, 20 , a, 10° C. ¿Cuál será el nuevo valor de la resistencia, si la temperatura sube a, 70 °C?. Rtf= Rto.[1+ α(tf - to)] Rtf= 20 [1+ 0’00382.(70 - 10)]= 24584 Para poder saber el valor de las resistencias existe un código de colores que ayuda a obtener con facilidad este valor con sólo verlas. Las dos primeras bandas dan una idea del valor base de la resistencia y la tercera banda nos indica por cuanto hay que multiplicar el valor base anterior para obtener el verdadero valor de la resistencia. La cuarta y última banda nos da la tolerancia Dorado 5%

Plateado 10%

sin color 20%.

Significado de cada banda

Material α Material α

Aluminio 0’0039 Plata 0’0038

Manganita nulo Estaño 0’0042

Advance 0’00002 Platino 0’0025

Mercurio 0’00089 Hierro 0’0052

Bronce fosforoso 0’002 Plomo 0’0037

Nicromio 0’00013 Kruppina 0’0007

Carbón 0’0005 Tungsteno 0’0041

Níquel 0’0047 Latón 0’002

Niquelina 0’0002 Wolframio 0’0045

Cobre 0’00382 Oro 0’0034

La primera banda: valor base Segunda banda: valor base Tercera banda: valor multiplicador Cuarta banda: Tolerancia en porcentaje

Color Valor base Multiplicador Tolerancia

Negro 0 x 1

Marrón 1 x 10 1%

Rojo 2 x 100 2%

Naranja 3 x 1,000 3%

Amarillo 4 x 10,000 4%

Verde 5 x 100,000

Azul 6 x 1,000,000

Violeta 7 x 10,000,000

Gris 8 x 100,000,000

Blanco 9 20%

Oro x 0’1 5%

Plata x 0’01 10%

Tolerancia: 10 %

Tolerancia: 5 %

Tolerancia: 2 %

1.0 1.0 - 1.1 1.00 - 1.05 - 1.1 - 1.15

1.2 1.2 - 1.3 1.21 - 1.27 - 1.33 - 1.40 - 1.47

1.5 1.5 - 1.6 1.54 - 1.62 - 1.69 - 1.78

1.8 1.8 - 2.0 1.87 - 196 - 2.00 - 2.05 - 2.15

2.2 2.2 - 2.4 2.26 - 2.37 - 2.49 - 2.61

2.7 2.7 - 3.0 2.74 - 2.87 - 3.01 - 3.16

3.3 3.3 - 3.6 3.32 - 3.48 - 3.65 - 3.83

3.9 3.9 - 4.3 4.02 - 4.22 - 4.42 - 4.64

4.7 4.7 - 5.1 4.87 - 5.11 - 5.36

5.6 5.6 - 6.2 5.62 - 5.90 - 6.19 - 6.49

6.8 6.8 - 7.5 6.81 - 7.15 - 7.50 - 7.87

8.2 8.2 - 9.1 8.25 - 8.66 - 9.09 - 9.53

electrónica Departamento de Tecnología – CPR Jorge Juan – Xuvia 94 resistencia Leopoldo E. Álvarez

Si una resistencia tiene las siguiente bandas de colores, rojo, amarillo, verde, oro. ¿Cuál es su valor? 2400000 5% = (25200 - 22800 ) Los colores de la resistencia no indican la potencia que puede disipar. Cuando la resistencia tiene una quinta banda ésta indica su confiabilidad. Hay básicamente dos tipos de resistores, los fijos, y, los variables, que a su vez se subdividen dependiendo de características propias. A modo de esquema se tiene esta clasificación:

R E S I S T E N C I A S

Fijas

tienen un valor nominal fijo.

Se dividen en: de película y bobinadas

De película, químicas se utilizan en potencias bajas, que van desde 1/8 watt hasta los 3 watts y consisten en películas que se colocan sobre bases de cerámica especial. Este tipo de resistencias depende del material, sea carbón o compuestos metálicos.

Hay de película metálica y de carbón.

Película metálica

Película gruesa Película delgada

De carbón

Bobinadas se fabrican con hilos resistivos que son esmaltados, cementados, vitrificados o son recubiertos de un material cerámico. Estas resistencias por lo general pueden disipar potencias que van desde los, 5 watts, hasta los, 100 watts, ó más.

Variables

tienen un valor que se varía intencionalmente.

Se dividen en: ajustables y dependientes de magnitudes

Ajustables

Potenciómetro de ajuste, giratorio, de cursor Reóstato

Dependientes de magnitudes

De presión De luz fotorresistencias De temperatura termistor De tensión varistor De campo magnético

Las resistencias también se pueden dividir tomando en cuenta otras características: Débil disipación Fuerte disipación Precisión

electrónica Departamento de Tecnología – CPR Jorge Juan – Xuvia 95 resistencia Leopoldo E. Álvarez

Las resistencias pueden asociarse en: Serie

Se dice que varias resistencias están montadas en serie cuando el final de una está conectada al principio de la otra. Cuando este conjunto se conecte a un generador con un voltaje, VT, circulará por él una corriente eléctrica, I, como la indicada. Esta corriente eléctrica es la misma para todas las resistencias, ya que no hay más que un camino posible. En cambio, la tensión en cada resistencia será distinta excepto en el caso de que las resistencias sean iguales, y de valor V =I.R La suma de todas las tensiones será igual al la del generador de valor, VT. El conjunto es equivalente a una sola resistencia de valor igual a la suma de todas ellas.

VT = V1 + V2 + V3 = I.R1 + I.R2 + I.R3 = I. (R1 + R2 + R3)

por lo que:

TVI

= RT = R1 + R2 + R3

es decir que la resistencia total equivalente, RT, es igual a la suma de todas las resistencias Paralelo

Se dice que varias resistencias están montadas en paralelo cuando tienen conectados todos los principios entre si y todos los finales entre si. Cuando a este conjunto se le conecte un generador, éste entregará una corriente eléctrica; pero esta corriente eléctrica se repartirá en varias, una por cada resistencia. La suma de todas las corrientes eléctricas es igual a la corriente eléctrica total que entrega el generador, y cada una de ellas vale

Ii= T

i

VR

i= 1, 2, …., n

La tensión en los extremos de todas las resistencias es la misma e idéntica a la que aporta el generador.

La corriente eléctrica total que entrega el generador es la que es igual a la suma de las corrientes eléctricas por cada una de las resistencias.

electrónica Departamento de Tecnología – CPR Jorge Juan – Xuvia 96 resistencia Leopoldo E. Álvarez

IT = I1 + I2 + I3 = 1 2 3 1 2 3

1 1 1.T T TT

V V V VR R R R R R

por lo que:

1 2 3

1 1 1 1T

T T

IV R R R R

es decir que ahora la inversa de la resistencia total del circuito paralelo es igual a la suma de las inversas de cada una de las resistencias ó si se tiene en cuenta que la inversa de la resistencia es igual a la conductancia

1GR

por lo que GT= G1 + G2 + G3

La conductancia total del circuito es igual a la suma de las conductancias.

En el caso particular de que las resistencias asociadas en paralelo sean dos:

1 2

1 2 1 2

1 1 1.T

R RR R R R R

de donde se deduce invirtiendo las dos fracciones que

1 2

1 2

.t

R RRR R

en este caso la resistencia total de dos resistencias es igual al producto de ellas dividida por la suma. Esta fórmula se puede aplicar reiteradamente para cualquier número de resistencias, siempre que estén todas en paralelo, en vez de la fórmula general.

Conversión delta-estrella Con el propósito de simplificar el análisis de un circuito a veces es conveniente poder mostrar todo ó una parte de un circuito de una manera diferente, pero sin que el funcionamiento general de éste cambie Algunos circuitos tienen un grupo de resistencia que están ordenadas formando como un triángulo y otros como una estrella. Hay una manera sencilla de convertir estas resistencias de un formato al otro y viceversa. No es sólo asunto de cambiar la posición de las resistencias si no de obtener los nuevos valores que estas tendrán. Configuración Estrella Configuración Delta

electrónica Departamento de Tecnología – CPR Jorge Juan – Xuvia 97 resistencia Leopoldo E. Álvarez

La fórmulas de cambio son:

Paso de la configuración delta a la configuración estrella

2 3

1 2 3

.a

R RRR R R

1 3

1 2 3

.b

R RRR R R

1 2

1 2 3

.c

R RRR R R

Paso de la configuración estrella a la configuración delta

1

. . .a b b c a c

a

R R R R R RR

R

2

. . .a b b c a c

b

R R R R R RR

R

3

. . .a b b c a c

c

R R R R R RR

R

En el gráfico que se muestra se ve al lado izquierdo, dentro del recuadro una conexión tipo Delta, en serie con una resistencia, R1. Si se realiza la transformación de las resistencias que están en Delta a Estrella se obtiene lo que está al lado derecho del gráfico. Ahora se tiene a la resistencia, R1, en serie con la resistencia, Ra, pudiendo estas sumarse y conseguir una nueva resistencia, Ra. Esta nueva conexión en Estrella puede quedarse así o convertirse otra vez a una conexión Delta

Puente de Wheatstone

Circuito descrito en, 1833, por Samuel Hunter Christie, 1784-1865. No obstante, fue el Sr. Charles Wheatstone quien le dio muchos usos cuando lo descubrió en, 1843. Como resultado este circuito lleva su nombre. Es el circuito más sensitivo que existe para hallar ó medir el valor de una resistencia. El circuito indicado puede conectarse a

electrónica Departamento de Tecnología – CPR Jorge Juan – Xuvia 98 resistencia Leopoldo E. Álvarez

cualquier voltaje en corriente directa, aunque es recomendable no más de, 12 V. Cuando el puente se encuentra en equilibrio: R1= R2 y Rx= R3

de donde

1 2

3x

R RR R

En este caso la diferencia de potencial entre los puntos, A, y, B, del circuito es, 0 V. Se deduce que esta tensión entre los puntos, A, y, B, es, 0 V, porque entre ellos se ha colocado un amperímetro que en ese momento no detecta el paso de corriente eléctrica alguna entre dichos puntos.

Cuando, Rx= R3, VAB= 0 V, y la corriente eléctrica que mide el amperímetro es nula,,I= 0 A.

Si no se conoce el valor de, Rx, se debe equilibrar el puente variando el valor de, R3. Cuando se haya conseguido el equilibrio, Rx, será igual a, R3, Rx= R3. R3, debe ser una resistencia variable con una carátula ó medio para obtener valores muy precisos.

Si, R1, y, R2= 1 KΩ, y, R3= 5 KΩ, Rx, deberá de ser, 5 KΩ, para lograr que el voltaje, VAB, entre los puntos, A, y, B, sea cero y no haya corriente eléctrica entre ellos. Así, basta conectar una resistencia desconocida, Rx, y empezar a variar el valor de la resistencia, R3, hasta que la corriente eléctrica entre los puntos, A, y, B, sea nula. Cuando esto suceda, el valor de la resistencia, Rx, es igual al valor de la resistencia, R3.

Una aplicación muy interesante en la industria es como sensor de temperatura, presión, etc. que son dispositivos que varían el valor de su resistencia de acuerdo a la variación de las variables indicadas. Es en el amperímetro donde se ve el nivel ó grado de desbalance ó diferencia que hay entre el valor normal a medir y la medida real.

También se utiliza en los sistemas de distribución de energía eléctrica donde se utiliza para detectar roturas ó fallas en la líneas de distribución.

Práctica. Material: Placa protoboard, LDR y polímetro Mediante un polímetro puedes comprobar que la resistencia de una LDR depende de la luz que incida sobre ella. Monta los siguientes circuitos. Comprobarás que en el circuito de la derecha, los cambios de iluminación son transformados en cambios de tensión en los extremos de la resistencia de, 10 k. ¿Por qué los colores de la resistencia utilizada en la práctica son marrón, negro y naranja?. Actividades Dibujar utilizando los símbolos normalizados, el circuito de la LDR, la resistencia y la pila de, 9 V.

electrónica Departamento de Tecnología – CPR Jorge Juan – Xuvia 99 resistencia Leopoldo E. Álvarez