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 los otros 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 creó más resistencia eléctrica que un cable grueso?).
¿Qué es una resistencia?
Los componentes especiales llamados resistores están hechos con el propósito expreso de crear una cantidad precisa de resistencia para la 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 la energía eléctrica se disipa en un circuito de trabajo. Normalmente, sin embargo, el propósito de una resistencia no es producir calor utilizable, sino simplemente proporcionar una cantidad precisa de resistencia eléctrica.
Símbolos y valores esquemáticos de la resistencia
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 en un circuito, se etiquetarán con un número de identificador único como R 1 , R 2 , R 3 , etc. Como puede ver, los símbolos de resistencia pueden mostrarse horizontal o verticalmente:
Las resistencias reales no se parecen en nada al símbolo en zig-zag. En cambio, se ven como 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:
En consonancia con su aspecto físico, un símbolo esquemático alternativo para una resistencia se parece a 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 mostrar algún componente que tiene una resistencia inestable:
De hecho, cada vez que ve 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 símbolo “modificador” (la flecha diagonal) es una convención de símbolos electrónicos estándar.
Resistencias variables
Las resistencias variables deben tener algunos medios físicos 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 pueden usarse como resistencias variables:
Potencia nominal de las resistencias
Debido a que las resistencias disipan la energía térmica a medida que 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 de 1/4 (0.25) vatios o menos. La potencia nominal de cualquier resistencia es aproximadamente proporcional a su tamaño físico. Observe en la primera fotografía de resistencia cómo se relacionan las clasificaciones de potencia con el tamaño: cuanto mayor 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 ahora puede parecer inútil tener un dispositivo que no haga más que resistir la corriente eléctrica, las resistencias son dispositivos extremadamente útiles en los circuitos. Debido a que son simples y tan comúnmente utilizados en todo el mundo de la electricidad y la electrónica, pasaremos una cantidad considerable de tiempo analizando circuitos compuestos por nada más que resistencias y baterías.
¿Cómo son útiles las resistencias?
Para una ilustración práctica de la utilidad de las resistencias, examine la fotografía a continuación. Es una imagen de una placa de circuito impreso, o PCB: un ensamblaje hecho de capas intercaladas de placas de fibra fenólica aislante y tiras de cobre conductivas, en el que los componentes pueden insertarse y asegurarse 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 con una disipación de potencia de 1/4 vatios) que se pueden ver en la placa de este módem. Cada uno de los rectángulos negros (llamados “circuitos integrados” o “chips”) también contienen su propio conjunto 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 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 resistencia
Para resumir lo que hemos aprendido en esta lección, analicemos el siguiente circuito, determinando todo lo que podamos de la información dada:
Todo lo que se nos ha dado aquí para comenzar es el voltaje de la batería (10 voltios) y la corriente del circuito (2 amperios). No sabemos la resistencia de la resistencia en ohmios o la potencia disipada en vatios. Al examinar nuestra matriz de ecuaciones de la ley de Ohm , encontramos dos ecuaciones que nos dan respuestas de cantidades conocidas de voltaje y corriente:
Al insertar 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 de 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 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 usan los tipos que se encuentran a continuación:
Resistores bobinados (WW)
Las resistencias de alambre enrollado 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 son adecuados para aplicaciones con frecuencias superiores a 50 kHz. El bajo ruido y la estabilidad con respecto a las variaciones de temperatura son características estándar de los Resistores de alambre enrollado. Los valores de resistencia están disponibles desde 0.1 hasta 100 kW, con precisiones entre 0.1% y 20%.
Resistores de película de metal
El nitruro de nicromo o tantalio se usa típicamente para resistores de película metálica. Una combinación de un material cerámico y un metal típicamente forman el material resistivo. El valor de resistencia se cambia cortando un patrón en espiral en la película, al igual que la película de carbono con un láser o abrasivo. Las resistencias de película metálica generalmente son menos estables a la temperatura que las resistencias enrolladas con alambre, pero manejan mejor las frecuencias más altas.
Resistores de película de óxido de metal
Las resistencias de óxido metálico usan 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 funcionan a temperaturas más altas que las resistencias de película metálica. Debido a esto, las resistencias de película de óxido de metal se utilizan en aplicaciones que requieren alta resistencia.
Resistencias de aluminio
Desarrollado en la década de 1960, la resistencia de aluminio 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 delgada lámina metálica a granel cementada constituye el elemento resistivo. Las resistencias de aluminio presentan un coeficiente de resistencia a muy baja temperatura.
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 confiables, pero no muy precisos (su tolerancia no puede ser mejor que aproximadamente el 5%). Se utiliza una mezcla de partículas finas de carbono 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 en una fuente de alimentación.
Resistores de película de carbono
Las resistencias de película de carbono tienen una película delgada de carbono (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 especiales de película de carbono se utilizan en aplicaciones que requieren 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 grueso | Película de metal de precisión | Composición de carbono | Película de carbono |
|---|---|---|---|---|---|
| Temp. gama | -55 + 125 | -55 + 130 | -55 + 155 | -40 + 105 | .55 + 155 |
| Máx. temperatura coeff. | 100 | 100 | 15 | 1200 | 250-1000 |
| Vmáx | 200-350 | 250 | 200 | 350-500 | 350-500 |
| Ruido (μV por voltio de CC aplicada) | 0,5 | 0,1 | 0,1 | 4 (100K) | 5 (100K) |
| R Insul. | 10000 | 10000 | 10000 | 10000 | 10000 |
| Soldadura (cambio% en valor de resistencia) | 0,20% | 0,15% | 0,02% | 2% | 0,50% |
| Calor húmedo (cambio% en 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 (2000h a 70 ° C) | 1% | 1% | 0,03% | 10% | 4% |
REVISIÓN:
- Los dispositivos llamados resistores están construidos para proporcionar cantidades precisas de resistencia en los circuitos eléctricos. Las resistencias se clasifican tanto en términos de su resistencia (ohmios) como de su capacidad para disipar energía térmica (vatios).
- Las clasificaciones de resistencia de resistencia no pueden determinarse a partir del tamaño físico de la (s) resistencia (s) en cuestión, aunque las clasificaciones de potencia aproximadas sí pueden determinarse. Cuanto más grande es la resistencia, más potencia puede disipar sin sufrir daños.
- Cualquier dispositivo que realice alguna tarea útil con energía eléctrica se conoce generalmente como carga. A veces, los símbolos de resistencia se usan en diagramas esquemáticos para designar una carga no específica, en lugar de una resistencia real.
HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:
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