Resistencias

Debido a que la relación entre voltaje, corriente y resistencia en cualquier circuito es tan regular, podemos controlar de manera confiable cualquier variable en un circuito simplemente controlando las otras dos. Quizás la variable más fácil de controlar en cualquier circuito es su resistencia. Esto se puede hacer cambiando el material, el tamaño y la forma de sus componentes conductores (¿recuerda cómo el delgado filamento de metal de una lámpara creaba más resistencia eléctrica que un cable grueso?).

¿Qué es una resistencia?

Los componentes especiales llamados resistencias se fabrican con el propósito expreso de crear una cantidad precisa de resistencia para su inserción en un circuito. Por lo general, están construidos con alambre de metal o carbono y diseñados para mantener un valor de resistencia estable en una amplia gama de condiciones ambientales.

A diferencia de las lámparas, no producen luz, pero producen calor a medida que disipan la energía eléctrica en un circuito de trabajo. Sin embargo, normalmente el propósito de una resistencia no es producir calor utilizable, sino simplemente proporcionar una cantidad precisa de resistencia eléctrica.

Valores y símbolos esquemáticos de resistencias

El símbolo esquemático más común para una resistencia es una línea en zig-zag:

Los valores de resistencia en ohmios generalmente se muestran como un número adyacente, y si hay varias resistencias presentes en un circuito, se etiquetarán con un número de identificación único como R ₁ , R ₂ , R ₃ , etc. Como puede ver, los símbolos de resistencia se pueden mostrar tanto horizontal como verticalmente:

Las resistencias reales no se parecen en nada al símbolo en zig-zag. En cambio, parecen pequeños tubos o cilindros con dos cables que sobresalen para conectarse a un circuito. Aquí hay una muestra de diferentes tipos y tamaños de resistencias:

Para mantener más con su apariencia física, un símbolo esquemático alternativo para una resistencia se ve como una pequeña caja rectangular:

También se puede demostrar que las resistencias tienen resistencias variables en lugar de fijas. Esto podría ser con el propósito de describir un dispositivo físico real diseñado con el propósito de proporcionar una resistencia ajustable, o podría ser para mostrar algún componente que simplemente tiene una resistencia inestable:

De hecho, cada vez que vea un símbolo de componente dibujado con una flecha diagonal a través de él, ese componente tiene una variable en lugar de un valor fijo. Este "modificador" de símbolo (la flecha diagonal) es una convención de símbolos electrónicos estándar.

Resistencias variables

Las resistencias variables deben tener algún medio físico de ajuste, ya sea un eje giratorio o una palanca que se pueda mover para variar la cantidad de resistencia eléctrica. Aquí hay una fotografía que muestra algunos dispositivos llamados potenciómetros, que se pueden usar como resistencias variables:

Potencia nominal de resistencias

Debido a que las resistencias disipan la energía térmica cuando las corrientes eléctricas a través de ellas superan la "fricción" de su resistencia, las resistencias también se clasifican en términos de cuánta energía térmica pueden disipar sin sobrecalentarse y sufrir daños. Naturalmente, esta potencia nominal se especifica en la unidad física de "vatios". La mayoría de las resistencias que se encuentran en dispositivos electrónicos pequeños, como radios portátiles, tienen una potencia nominal de 1/4 (0,25) vatios o menos.

La potencia nominal de cualquier resistor es aproximadamente proporcional a su tamaño físico. Observe en la primera fotografía de la resistencia cómo se relacionan las clasificaciones de potencia con el tamaño:cuanto más grande es la resistencia, mayor es su clasificación de disipación de potencia. Además, tenga en cuenta que las resistencias (en ohmios) no tienen nada que ver con el tamaño. Aunque puede parecer inútil ahora tener un dispositivo que no haga nada más que resistir la corriente eléctrica, las resistencias son dispositivos extremadamente útiles en los circuitos.

Debido a que son simples y de uso común en todo el mundo de la electricidad y la electrónica, dedicaremos una cantidad considerable de tiempo a analizar circuitos compuestos únicamente por resistencias y baterías.

¿Cómo son útiles los resistores?

Para obtener una ilustración práctica de la utilidad de los resistores, examine la fotografía a continuación. Es una imagen de una placa de circuito impreso, o PCB:un conjunto hecho de capas intercaladas de placa de fibra fenólica aislante y tiras de cobre conductoras, en las que los componentes se pueden insertar y asegurar mediante un proceso de soldadura a baja temperatura llamado "soldadura".

Los diversos componentes de esta placa de circuito se identifican mediante etiquetas impresas. Las resistencias se indican con cualquier etiqueta que comience con la letra "R".

Esta placa de circuito en particular es un accesorio de computadora llamado "módem", que permite la transferencia de información digital a través de líneas telefónicas. Hay al menos una docena de resistencias (todas clasificadas con una disipación de potencia de 1/4 vatio) que se pueden ver en la placa de este módem. Cada uno de los rectángulos negros (llamados "circuitos integrados" o "chips") también contiene su propia matriz de resistencias para sus funciones internas. Otro ejemplo de placa de circuito muestra resistencias empaquetadas en unidades aún más pequeñas, llamadas "dispositivos de montaje en superficie".

Esta placa de circuito en particular es la parte inferior de la unidad de disco duro de una computadora personal, y una vez más, las resistencias soldadas en ella se designan con etiquetas que comienzan con la letra "R":

Hay más de cien resistencias de montaje en superficie en esta placa de circuito, y este recuento, por supuesto, no incluye el número de resistencias internas de los "chips" negros. Estas dos fotografías deberían convencer a cualquiera de que las resistencias, dispositivos que "simplemente" se oponen al flujo de la corriente eléctrica, son componentes muy importantes en el ámbito de la electrónica.

"Cargar" en diagramas esquemáticos

En los diagramas esquemáticos, los símbolos de resistencia a veces se usan para ilustrar cualquier tipo general de dispositivo en un circuito que hace algo útil con energía eléctrica. Cualquier dispositivo eléctrico no específico generalmente se llama carga, por lo que si ve un diagrama esquemático que muestra un símbolo de resistencia etiquetado como "carga", especialmente en un diagrama de circuito tutorial que explica algún concepto no relacionado con el uso real de la energía eléctrica, ese símbolo puede simplemente ser una especie de representación abreviada de algo más práctico que una resistencia.

Análisis de circuitos de resistencias

Para resumir lo que hemos aprendido en esta lección, analicemos el siguiente circuito, determinando todo lo que podamos a partir de la información proporcionada:

Todo lo que nos han dado aquí para empezar es el voltaje de la batería (10 voltios) y la corriente del circuito (2 amperios). No conocemos la resistencia de la resistencia en ohmios o la potencia disipada por ella en vatios. Al examinar nuestro conjunto de ecuaciones de la ley de Ohm, encontramos dos ecuaciones que nos dan respuestas a partir de cantidades conocidas de voltaje y corriente:

Insertando las cantidades conocidas de voltaje (E) y corriente (I) en estas dos ecuaciones, podemos determinar la resistencia del circuito (R) y la disipación de potencia (P):

Para las condiciones del circuito de 10 voltios y 2 amperios, la resistencia de la resistencia debe ser de 5 Ω. Si estuviéramos diseñando un circuito para operar a estos valores, tendríamos que especificar una resistencia con una potencia nominal mínima de 20 vatios, o de lo contrario se sobrecalentaría y fallaría.

Materiales de resistencia

Las resistencias se pueden encontrar en una variedad de materiales diferentes, cada uno con sus propias propiedades y áreas específicas de uso. La mayoría de los ingenieros eléctricos utilizan los tipos que se encuentran a continuación:

Resistores bobinados (WW)

Las resistencias enrolladas de alambre se fabrican enrollando alambre de resistencia alrededor de un núcleo no conductor en espiral. Por lo general, se producen para aplicaciones de alta precisión y potencia. El núcleo generalmente está hecho de cerámica o fibra de vidrio y el cable de resistencia está hecho de aleación de níquel-cromo y no es adecuado para aplicaciones con frecuencias superiores a 50 kHz.

El bajo nivel de ruido y la estabilidad con respecto a las variaciones de temperatura son características estándar de los resistores bobinados. Los valores de resistencia están disponibles desde 0,1 hasta 100 kΩ, con precisiones entre 0,1% y 20%.

Resistencias de película metálica

El nitruro de nicromo o tántalo se usa típicamente para resistencias de película metálica. Una combinación de un material cerámico y un metal suele formar el material resistivo. El valor de resistencia se cambia cortando un patrón en espiral en la película, como una película de carbón con un láser o un abrasivo. Las resistencias de película metálica suelen ser menos estables a la temperatura que las resistencias de alambre enrollado, pero manejan mejor las frecuencias más altas.

Resistencias de película de óxido metálico

Las resistencias de óxido metálico utilizan óxidos metálicos como el óxido de estaño, lo que las hace ligeramente diferentes de las resistencias de película metálica. Estas resistencias son confiables y estables y operan a temperaturas más altas que las resistencias de película metálica. Debido a esto, las resistencias de película de óxido metálico se utilizan en aplicaciones que requieren una alta resistencia.

Resistencias laminadas

Desarrollada en la década de 1960, la resistencia de lámina sigue siendo uno de los tipos de resistencia más precisos y estables que encontrará y se utiliza para aplicaciones con requisitos de alta precisión. Un sustrato cerámico que tiene una fina lámina de metal a granel cementada constituye el elemento resistivo. Los resistores de lámina presentan un coeficiente de resistencia a temperaturas muy bajas.

Resistencias de composición de carbono (CCR)

Hasta la década de 1960, las resistencias de composición de carbono eran el estándar para la mayoría de las aplicaciones. Son fiables, pero no muy precisos (su tolerancia no puede superar el 5% aproximadamente). Se utiliza una mezcla de partículas finas de carbón y material cerámico no conductor para el elemento resistivo de las resistencias CCR.

La sustancia se moldea en forma de cilindro y se hornea. Las dimensiones del cuerpo y la relación de carbono a material cerámico determinan el valor de resistencia. Más carbono utilizado en el proceso significa que habrá una menor resistencia. Las resistencias CCR siguen siendo útiles para ciertas aplicaciones debido a su capacidad para soportar pulsos de alta energía; un buen ejemplo de aplicación sería una fuente de alimentación.

Resistencias de película de carbono

Los resistores de película de carbono tienen una película de carbono delgada (con un corte en espiral en la película para aumentar la trayectoria resistiva) en un núcleo cilíndrico aislante. Esto permite que el valor de resistencia sea más preciso y también aumenta el valor de resistencia. Las resistencias de película de carbono son mucho más precisas que las resistencias de composición de carbono. Las resistencias de película de carbono especiales se utilizan en aplicaciones que requieren una alta estabilidad de pulso.

Indicadores clave de rendimiento (KPI)

Los KPI para cada material de resistencia se pueden encontrar a continuación:

Característica Película de metal Película de metal gruesa Película de metal de precisión Composición de carbono Película de carbono Temperatura. rango-55 + 125-55 + 130-55 + 155-40 + 105.55 + 155 Max. temperatura Coeff.100100151200250-1000Vmax200-350250200350-500350-500 Ruido (μV por voltio de CC aplicada) 0.50.10.14 (100K) 5 (100K) R Insul.1000010000100001000010000 Soldadora (cambio% en valor de resistencia) 0.20% 0.15% 0.02% 2% 0.50% Calor húmedo (% de cambio en el valor de resistencia) 0.50% 1% 0.50% 15% 3.50% Vida útil (% de cambio en el valor de resistencia) 0.10% 0.10% 0.00% 5% 2% Calificación completa (2000 ha 70 ° C) 1% 1% 0.03 % 10% 4%

REVISAR:

• Los dispositivos llamados resistencias están construidos para proporcionar cantidades precisas de resistencia en circuitos eléctricos. Los resistores se clasifican tanto en términos de su resistencia (ohmios) como de su capacidad para disipar energía térmica (vatios).
• Las clasificaciones de resistencia de la resistencia no se pueden determinar a partir del tamaño físico de la (s) resistencia (es) en cuestión, aunque sí pueden determinar las clasificaciones de potencia aproximadas. Cuanto más grande sea la resistencia, más potencia puede disipar de forma segura sin sufrir daños.
• Cualquier dispositivo que realice alguna tarea útil con energía eléctrica generalmente se conoce como carga. A veces, los símbolos de resistencia se utilizan en diagramas esquemáticos para designar una carga no específica, en lugar de una resistencia real.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de resistencias

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