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Electrónica para dummies: Todo sobre las resistencias, de la teoría a la práctica. 1era Parte26/10/2018
En este capítulo vamos a conocer los distintos tipos de resistencias, comprender su codificación, aprender a calcular el efecto sobre un circuito y emplearlas para reparar o crear nuestros circuitos.
La ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm (en la imagen de portada) es una de las leyes básicas en los circuitos eléctricos desde hace 200 años.
La citada ley establece que la diferencia de potencial (V) aplicada entre los extremos de un conductor determinado es proporcional a la intensidad de la corriente (I) que circula por el citado conductor. Para poder formularla introdujo la noción de resistencia eléctrica (R), que es el factor de proporcionalidad que aparece en la relación entre potencial e intensidad: V= R x I En el anterior capítulo os explicamos el concepto de resistencia (si no tenéis clara la ley de Ohm o algunos de los conceptos básicos como potencial o intensidad, podéis pulsar aquí para ir al artículo), pero luego tenemos las resistencias en sí mismas, pues una cosa es que un elemento o circuito ofrezca una resistencia al paso de la corriente y otra muy distinta que un circuito disponga de uno o varios elementos llamados resistencias, aquí vamos a aprender a diferenciar entre ambas, reconocerlas y manejarlas, así como comprender su utilidad básica. Como ya explicamos, la resistencia como concepto no es más que la oposición o dificultad que presentan los materiales a que circule la corriente eléctrica a través de ellos. Básicamente podemos atribuir este fenómeno a que las partículas portadoras de carga eléctrica no se mueven libremente por el material conductor, sino que en muchos casos son “desviadas” o “rebotadas” de su trayectoria “rectilínea” original, cediendo parte de su energía cinética a la estructura del material (o sea, a los componentes de un circuito y al propio dispositivo) provocando su calentamiento. Si aplicamos el concepto de resistencia a la corriente alterna (CA) cuando se trata de elementos resistivos puros, esta oposición la llamamos impedancia. La propia definición de resistencia hace que cualquier circuito, objeto o elemento de la naturaleza se clasifique en: conductor, aislante o semiconductor.
Pero esto no quiere decir que sus propiedades sean “constantes” pues muchos materiales y circuitos pueden cambiar su clasificación, es decir su comportamiento, por ejemplo, en función de determinadas condiciones de temperatura algunos materiales presentan un fenómeno de superconductividad. Igualmente, los componentes eléctricos pueden pasar de ser conductores a impedir el paso de los electrones según condiciones diversas de temperatura, voltaje, etc.
En los artículos sobre Voltaje vs Amperaje y Resistencia y Ley de Ohm podéis encontrar más información al respecto para refrescar la memoria y recordar conceptos teóricos o las causas del comportamiento de los diferentes elementos y materiales, así que centrémonos ya en los componentes electrónicos. Componentes Pasivos en electrónica y electricidad Básicamente los componentes electrónicos pasivos son aquellos que no son capaces de amplificar una señal eléctrica (o sea, corriente) sino más bien que la limitan, disipando potencia. Se construyen con el fin de presentar una de las características que ya hemos visto, es decir resistencia o impedancia, de una forma controlada y con valores preestablecidos, lo cual nos permite predecir con exactitud su comportamiento. Así que si hablamos de resistencias de 20 ohmios, 10k ohmios, condensadores de 50 microfaradios, etc., al conocer sus valores, podremos calcular con precisión sus efectos en el circuito donde los usemos.
De entre todos los componentes eléctricos, las resistencias son los componentes electrónicos más utilizados. Sus funciones abarcan una lista casi infinita que va desde la limitación de la corriente o la división de voltajes, hasta la carga de amplificadores.
Debido a su tremenda versatilidad, se las fabrica en valores que van desde décimas de ohmio (o menos incluso) hasta decenas de millones de ohmios. En otros artículos ya vimos como por el efecto de Joule, se disipa potencia en forma de calor cada vez que la corriente circula a través de una resistencia. La cantidad de calor que disipamos depende del valor de la resistencia y de la corriente. Por esta razón las resistencias diseñadas para poder disipar altas potencias (es decir más cantidad de calor) deben tener dimensiones físicas mayores que las de menor potencia, así de simple. Por supuesto la calidad de los materiales empleados: pureza, composición o precisión en el momento del ensamblaje son esenciales para el correcto funcionamiento y la duración del componente De no tener todo esto en cuenta, una acumulación de calor en una masa pequeña produciría la destrucción de la resistencia. En la actual miniaturización de la electrónica la disipación del calor se transforma por tanto en un grave problema, puesto que por un lado se tiende a elevar al máximo el rendimiento de los equipos (aumento de potencia), reducir el espacio (lo cual genera problemas graves de disipación) y reducir la calidad de los materiales (para aumentar el beneficio en la alocada competición actual por reducir precios sin tener en cuenta la calidad).
Los distintos fabricantes ofrecen las resistencias clasificadas por su valor óhmico y la potencia en vatios que pueden soportar. Por norma general, se establece un margen de seguridad en el caso de la potencia, utilizando un valor mayor al calculado, aunque en los productos de consumo este margen es muy estrecho en muchos casos, además de un factor muy importante que no se suele tener en cuenta: durante cuánto tiempo es capaz de soportar esa potencia independientemente de la disipación térmica y la degradación de los materiales a causa del calor.
Existe un excepción respecto a la clasificación de las resistencias y el calor generado, son las resistencias dependientes de la temperatura (las comentamos al final del texto). En general, para mayor claridad, en muchas resistencias de pequeño tamaño físico se estampa su valor por medio de unas barras de color que siguen un código establecido. Se trata de tres barras juntas y una cuarta separada que se comienzan a leer desde el extremo opuesto a esta última. El valor está conformado por un uno seguido de un cero (ya vamos formando el número diez) al que se le agregan dos ceros, con lo cual formamos el 1000. Por lo tanto, es una resistencia de 1000 ohmios o 1K Ohmio La tolerancia indica que el valor real que podemos esperar es 1000 ± 50 Ohmios.
Existe una variante a este sistema, que consiste en agregar una franja más. Así, las tres primeras barras corresponden a números, la cuarta a los ceros y la quinta a la tolerancia. Es frecuente encontrar esta forma de codificación en las resistencias con tolerancia de 1% o menos.
Un detalle importante es el hecho de que en este tipo de codificación no se indica la potencia. En el momento emplearlas es importante consultar este valor límite, si estamos realizando una reparación deberá determinarse empíricamente, teniendo en cuenta su tamaño, la potencia máxima con la que funciona dentro del circuito y su función dentro de él. Cuando la potencia ya supera un Watt estos valores se acostumbran a imprimir de forma explícita y se indica la potencia tolerada.
Como hemos comentado existe un método estándar para saber el valor óhmico de la resistencia, conocido como código de colores.
Este código está compuesto por bandas de colores divididas en dos grupos: El primer grupo consiste de tres o cuatro de estas bandas, de las cuales las primeras dos o tres indican el valor nominal de la resistencia y la última es un multiplicador para obtener la escala. El segundo grupo, está compuesto por una sola banda y es la tolerancia expresada como un porcentaje, dicha tolerancia proporciona el campo de valores dentro del cual se encuentra el valor correcto de la resistencia, o sea, el rango o margen de error dentro del cual se encuentra el valor real de la misma. ¡Hagamos números! En la imagen inferior tenemos una resistencia con 5 bandas, es decir, las cuatro primeras bandas, contando desde la izquierda, hacen referencia al valor óhmico mientras que la quinta hace referencia a la tolerancia, que en este caso es plateada, con lo que tendrá una tolerancia del 10%, es decir muy buena, puesto que a medida que esta cifra disminuye, (colores dorado o marrón) es más probable quemar la resistencia ante una subida inesperada de potencia.
Por tanto:
Primer grupo (de izquierda a derecha) Observamos el color de las dos primeras bandas 1ero Rojo=2 y 2do Negro=0 Valor Nominal=20 Segundo grupo – (Multiplicador) 3ero Naranja= 10e3=1000 Ahora calculamos la resistencia aplicando el multiplicador a las dos cifras iniciales, colocadas en secuencia de izquierda a derecha: R=20x1000=20000 Ohmios (20 Kilo Ohmios)
Mirad el circuito de la imagen superior, según la ley de Ohm, se establece que circula una corriente de 0,2 A (200 miliamperios), es decir, si recordáis: Intensidad= Voltaje / Resistencia así que:
I= 12 Voltios/100 Ohmios=0,12 Amperios Y ahora con la ley de Joule podemos calcular que la potencia disipada será de… P=I2xR=(0,12x0,12)x100=1,44W
¿Qué ocurrirá si reemplazamos la primera resistencia en nuestro circuito anterior?
Muy bien, lo que ocurrirá es que al aumentar la resistencia del circuito reduciremos la corriente en circulación de una manera tremenda, así que:
I= 12 Voltios / 20000 Ohmnios=0,0006 A Ahora calculamos la potencia disipada: P=I2xR
P= (0,0006 x 0,0006) x 20000= 0,0072 W
Es decir, estaríamos disipando (o gastando según se mire) mucho menos calor (energía). Resistencias en serie Puesto que no podemos fabricar infinitos modelos de resistencias, lo que hacemos para obtener cualquier valor que podamos necesitar es agruparlas en serie o paralelo. Cuando dos o más resistencias se conectan una a continuación de otra, se dice que están en serie y suman sus valores. Esto significa que se comportan como una sola que posee una resistencia igual a la suma de sus respectivos valores.
A la conexión de dos resistencias en serie se le conoce también como divisor de tensión, porque el voltaje aplicado se divide entre ambas resistencias.
Dentro de este apartado tendríamos los potenciómetros, un tipo de resistencia variable que es a la práctica un divisor de tensión ajustable.
Potenciómetro rotatorio
El control de iluminación de una lámpara o del volumen analógico de un altavoz son sencillos ejemplos de su uso que podemos emplear. Por ejemplo, en el control de volumen, la amplitud del sonido se ajusta al valor deseado mediante el ajuste de la posición de un contacto que nosotros hacemos girar manualmente o deslizamos en una dirección u otra, sobre una pista resistiva, generalmente, de carbón. Según el giro o movimiento la distancia/superficie de contacto varía y así la resistencia que ofrece el potenciómetro. Preset Se puede decir que son la versión en miniatura de las resistencias variables estándar. Están diseñadas para ser montada directamente sobre la placa de un circuito impreso y es ajustada solo una vez cuando el circuito se monta o más adelante en caso de una pequeña rectificación o ajuste ocasional. Por ejemplo para ajustar el nivel de brillo en un monitor de tubos catódicos o la sensibilidad de un circuito sensible a la luz. Dado su pequeño tamaño normalmente se requiere de un pequeño destornillador tipo “de relojero” para ajustarlos. Los presets son mucho más baratos que una resistencia variable estándar, así que algunas veces son usados en proyectos de prácticas donde una resistencia variable estándar sería lo más correcto.
Si necesitamos mucha precisión se emplean los preset multivuelta donde el tornillo debe ser girado muchas veces (10 o más) para mover el contacto deslizable desde un extremo de la pista hasta el otro, ofreciendo un control muy fino y preciso.
Resistencias en paralelo
Llamamos conexión en paralelo cuando dos o más resistencias se interconectan de manera que el voltaje se aplica simultáneamente a todas ellas.
En el caso de dos resistencias en paralelo, el valor equivalente se determina mediante la fórmula:
Pero si se trata de más de dos resistencias, aplicamos la fórmula de la siguiente manera:
Es decir el inverso de la resistencia resultante corresponde a la suma de las inversas de cada una de ellas. En ambos casos, la potencia total disipada es la suma de las potencias parciales.
Tipos de resistencias
Resistencias de carbón prensado
Están constituidas en su mayor parte por grafito en polvo, el cual es prensado con la finalidad de formar un pequeño “tubo”. Al principio, la conexión se realizaba, a través de un hilo enrollado en los extremos del tubo de grafito, posteriormente se uso un tubo hueco cerámico donde se prensaba el grafito en el interior y se disponían unas bornas a presión con patillas de conexión. Estas resistencias son de las más delicadas, les afecta mucho la temperatura hasta el punto de que su valor óhmico puede variar con tan sólo, realizar la soldadura, si la resistencia es sometida a una temperatura elevada. La industria y los laboratorios no paran de investigar nuevas formas de creación de componentes electrónicos y las resistencias componen es si mismas un auténtico universo con un muchas variantes, no obstante, existe una serie de tipos estándar de resistencias, en función de los materiales empleados en su fabricación. Daremos a continuación un repaso a los tipos más empleados. Resistencias Cerámicas Las resistencias cerámicas pueden clasificarse en diferentes clases dependiendo de quién está describiendo la resistencia. Para un electricista, por ejemplo, una resistencia de cerámica suele ser una resistencia metida en un envoltorio de cerámica, sin embargo, en electrónica se definen como los elementos que hacen uso de la cerámica para controlar el valor resistivo.
Distintos tipos de resistencias cerámicas
La cerámica es un componente interno muy común en muchos tipos de resistencias. Básicamente en una película de carbón, el material resistivo se adhiere a la parte externa del núcleo de cerámica, normalmente con forma cilíndrica. Lo núcleos cerámicos ofrecen una buena base no conductora para mantener los componentes conductivos y dar a la resistencia su estructura. Además de ser un buen aislante eléctrico, la cerámica es también un buen conductor de calor, lo que permite a los núcleos de estas resistencias soportar corrientes eléctricas de bajas a moderadas sin calentarse o dañarse. Al mismo tiempo el uso de la cerámica se limita a los componentes internos de la resistencia ya que debido a sus propiedades aislantes y también de temperaturas, la cerámica se usa para aislar el exterior y ofrece un mayor aguante en algunos tipos de resistencia. Combinar cerámicas externas con metales y cerámicas internas permite resistir temperaturas muy altas sin ocasionar daños. La construcción de una resistencia cerámica propiamente dicha es diferente de otros tipos y se basa en combinaciones de carbón en polvo, vidrio y cerámica. Los materiales mezclados determinan el valor final de la resistencia. Por ejemplo una cantidad más alta de carbón en la mezcla, hará que se tenga menos resistencia y un porcentaje alto de cerámica significa un valor de resistencia más alto. Una vez que los promedios están correctamente establecidos, la mezcla es comprimida para crear su forma y luego es calentada para asentar la cerámica. Este tipo de resistencias son muy empleadas en diversos tipos de circuitos electrónicos y dispositivos, pero aunque que pueden aguantar temperaturas muy altas, tienen el inconveniente de causar una elevada cantidad de ruido eléctrico, así que raramente se usan en dispositivos de radio u otros que no soporten bien las interferencias.
Resistencias de hilo o alambre bobinado
Este modelo es uno de los primeros que se fabricó. Se usa cuando se requieren potencias algo elevadas de disipación, por lo que aún se siguen fabricando. Se caracterizan por montar un hilo conductor bobinado, con forma de hélice o espiral, es decir que se enrolla sobre un sustrato cerámico. Este alambre está especialmente desarrollado para presentar una resistencia mayor que la de un conductor normal. Para lograr valores elevados, es necesario bobinarlas sobre un material aislante, de modo que estas resistencias presentan un valor de inductancia significativa. Esta característica limita su uso a circuitos de bajas frecuencias o corriente continua. Se fabrican en una gama de potencias desde 10 Watts hasta valores elevados que sobrepasan el uso electrónico y pasan al campo industrial o la maquinaria.
Resistencias de película de carbón
En este tipo de resistencia, se usa para el sustrato, un tubo cerámico en el que se deposita una película de carbón que se recubre por una laca aislante. Cuando se desea elaborar una resistencia más elevada, se realiza una hendidura dentro del sustrato cerámico a modo de espiral más larga, logrando incrementar la longitud del camino eléctrico, aumentando también la longitud de componente. Tiene buena tolerancia, baja inductancia (la inductancia ideal sería 0) y bajo ruido. Suelen ofrecer una gama de potencia baja y pueden alcanzar hasta los 2 Watts de potencia disipada.
Resistencias de película de óxido metálico
Son bastante similares a las de película de carbón, respecto a su modo de fabricación, solo que se sustituye el carbón por una fina capa de óxido metálico (normalmente estaño o latón., sin embargo son más parecidas a las de película metálica respecto a prestaciones. Suelen ser más caras que las de película metálica, y no son tan comunes, como estas. Su principal uso está asociado a los equipos y dispositivos que requieren mucha fiabilidad, debido a que la capa de óxido es muy resistente a daños mecánicos y a la corrosión en ambientes húmedos.
Resistencias de película metálica
Tiene las mejores características de ruido y estabilidad frente el resto de las resistencias, siendo de las que mayormente se fabrican en la actualidad junto a las SMD. Este tipo de resistencias tienden a soportar mejor el paso del tiempo, manteniendo su valor en ohmios durante un mayor período de tiempo. Son fabricadas con potencias de hasta 2 Watts y tolerancias del 1% como tipo estándar. Resistencias de metal vidriado Son muy parecidas a las resistencias de película metálica, solo que la película metálica, se sustituye por otra compuesta de vidrio con polvo metálico. La mejor característica principal de este tipo de resistencia, es su mejor comportamiento ante sobrecargas de corriente, debido a que este tipo de resistencias es capaz de soportarlas mejor debido a su mejorada inercia térmica gracias al vidrio de su composición. Por el contrario su coeficiente térmico es peor, del orden de 150 a 250 ppm/°C. Otros tipos de resistencias Resistencias dependientes de la temperatura Cabe destacar que, a pesar de que todas las resistencias, bien sea en mayor o menor grado, dependen de la temperatura, sin embargo, existen unos dispositivos determinados, los cuales son fabricados especialmente para ello, de tal manera que su valor en ohmios dependa principalmente de la temperatura. Este tipo de dispositivos, reciben el nombre de termistores y además, poseen unos coeficientes de temperatura muy elevados, ya sean positivos o negativos.
Es importante señalar que, los coeficientes negativos, significan que a medida que sube la temperatura la resistencia del elemento disminuye. Mientras que en el caso de los coeficientes positivos, ocurre lo contrario, es decir, estos a medida que sube la temperatura, se incrementan su resistencia. Como ejemplo de los elementos que experimentan este tipo de resistencia, tenemos el silicio, el cual posee un coeficiente de temperatura negativo.
Resistencias SMD
Actualmente las resistencias SMD son el componente más utilizado en electrónica. Millones de resistencias se fabrican diariamente para la producción de pequeños equipos electrónicos desde teléfonos y tabletas, pasando por los ordenadores, televisores cualquier equipo electrónico que podamos imaginar. Las resistencias SMD son de forma rectangular. Tienen áreas metalizadas en los extremos del cuerpo lo que les permite ponerse en contacto con la placa de circuito impreso a través de la soldadura. Consiste en un sustrato de cerámica y en éste se deposita una película (capa) de óxido de metal. El grosor y la longitud de la película real determina la resistencia. En vista del hecho de que las resistencias SMD se fabrican utilizando óxido de metal, son bastante estables y por lo general tienen una buena tolerancia.
Lectura de resistencias SMD
Aunque entraremos en profundidad más adelante en este tipo de resistencias, dado que estos reportajes son para iniciarte en la electrónica, lo más probable es que no las uses de momento, pero te daremos unas nociones básicas de como se expresan sus valores: las más fáciles de leer son las que tienen códigos numéricos de 3 cifras. En ellas, los dos primeros dígitos son el valor numérico mientras que el tercer dígito es el multiplicador, es decir, la cantidad de ceros que debemos agregar al valor. Es un sistema similar al que se usa en los capacitores. Veamos el ejemplo de la imagen: una resistencia con el número 205 es de 2.000.000 de ohmios o (dos millones) porque al número "20" (los dos primeros dígitos) debemos agregar 5 ceros (el número "5" del tercer dígito). Hasta aquí llegamos en esta primera parte, con estas nociones os resultará más que suficiente para poder localizar resistencias, diferenciarlas y comprender su funcionamiento básico, en las siguientes partes os pondremos ejemplos sencillos de cálculo, así como aplicaciones sencillas, pero prácticas para que podías practicar todo lo aprendido. Respecto a las resistencias SMD por su tamaño no sólo significa que son aptas para tarjetas de circuitos muy compactos o para cadenas de montaje automático, sino que también posee las ventajas de que funcionan bien sin afectar a las frecuencias de radio por ejemplo. Sin embargo, hay que prestar atención en el cálculo de su disipación de potencia, ya que sólo pueden disipar pequeños niveles de energía y son difíciles de usar por el principiante dado su pequeño tamaño y la dificultad para soldarlas manualmente por un principiante o aplicar los cálculos correctos. De todas maneras si estás más interesado en este tipo de resistencias la próxima semana añadiremos un apéndice para interpretar todos sus valores y las tablas correspondientes al Código EIA-96 (resistencias de alta precisión). Te puede interesar:
Autor: Raul Mora M
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3 Comentarios
13/11/2021 08:21:16
Si no es una molestia podrían enviarme más información sobre resistencias y condensadores smd y su equivalencia si se puede decirlo así,con las resistencias y condensadores convencionales, muchas gracias por la acogida a esta misiva.
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Karen Soto
24/2/2024 05:38:34
Me encontré este blog , buscando en Google electrónica para dummies y no creí que me fuera a salir un blog con ese nombre.
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