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

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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

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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.

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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.

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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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