Material de estudio y trabajo.resistencias y resistores. octubre 2012
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Material de estudio y trabajo.resistencias y resistores. octubre 2012 Material de estudio y trabajo.resistencias y resistores. octubre 2012 Document Transcript

  • Fundamentos básicos sobre electricidad Conductores eléctricosEs indispensable que te familiarices con los diferentes tipos cables y alambres que se utilizan paraconducir la electricidad a los diferentes puntos de nuestras casas, edificios, aparatos eléctricos, etc.Como se sabe, para que la electricidad se aproveche, debemos de hacer que circule por los circuitoscon el mínimo de perdida, esto nos lleva a escoger el mejor conductor para la función quenecesitamos. Se debe de tomar en cuenta que la humedad y la temperatura la afectan.RESISTENCIA DE LOS CONDUCTORES ELECTRICOS:Todo conductor eléctrico afecta el paso de una corriente eléctrica en mayor o menor gradodeterminado por su resistencia, el cual esta afectado por los factores siguientes:El metal del que esta formado, grosor y longitud.RESISTENCIA DE LOS METALES:La plata es el metal que conduce con más facilidad la electricidad, pero dado su costo tan elevado,no es común usarla como conductor en los circuitos eléctricos. El cobre es el conductor más usadopor su bajo costo, aparte de ser un buen conductor de la electricidad. Es también usado el aluminio.Pero este presenta el inconveniente que no se puede soldar por los medios comunes, por lo mismoes muy limitado su uso en casas, solamente en líneas de transmisión de alto voltaje.Cuando medimos la resistencia de trozos de metal distintos, del mismo tamaño y grueso, seencuentra que el hierro tiene una resistencia seis veces mayor que la del cobre, en tanto que uno deplata alemana tiene una resistencia casi 13 veces màs alta que la del cobre.A continuación les presento la tabla en la cual se especifica la resistencia de los diferentesconductores eléctricos.Conductor Resistividad relativaPlata pura ,925Cobre recocido 1,000Cobre endurecido 1,022Aluminio(97.5%) puro 1,672Zinc puro 3,608Latón 4,515Bronce con fòsforo 5,319Alambre de hierro 6,173Níquel 7,726Alambre de acero 8,621Plata alemana 13,326Hierro colado 71,400 Esta tabla les permitirá calcular la resistencia de cualquier alambre, para lo cual se deberámultiplicar la resistencia de un alambre de cobre del mismo grueso y largo por el número que se indica en la tabla.Para esto beberán utilizar la tabla de calibre de alambres. Por ejemplo, si queremos saber lasresistencia de un alambre de latón No. 8 que la resistividad relativa indica 4,515, ahora veamos latabla sobre los calibres de alambre la resistencia en ohmios del No. 8 de un alambre de cobre,basados en 1000 pies de largo, en la cual nos indica que es de, 6400, luego multiplicamos 4,515por ,6400 = 2.8896 ohmios.Esta sería la resistencia equivalente a un alambre de latón del mismo largo y calibre. La resistencia
  • Es un componente pasivo, es decir no genera intensidad ni tensión en un circuito. Su comportamientose rige por la ley de Ohm.Su valor lo conocemos por el código de colores, también puede ir impreso en cuerpo de la resistenciadirectamente.Una vez fabricadas su valor es fijo. SíMBOLOS UNIDAD OHM CARACTERíSTICAS TéCNICAS GENERALESA- Resistencia nominal.Es el valor teórico esperado al acabar el proceso de fabricación.B-Tolerancia.Diferencia entre las desviaciones superior e inferior. Se da en tanto por ciento. Nos da una idea de laprecisión del componente. Cuando el valor de la tolerancia es grande podemos decir que la resistenciaes poco precisa, sin embargo cuando dicho valor es bajo la resistencia es más precisa.C- Potencia nominal.Potencia que el elemento puede disipar de manera continua sin sufrir deterioro. Los valoresnormalizados más utilizados son: 1/8, ¼, ½, 1, 2..... TIPOS DE RESISTENCIAS Fijos.1. Aglomeradas. 1 2-3 42. De película de carbón.
  • Se enrolla una tira de carbón sobre un soporte cilíndrico cerámico.3. De película metálica.El proceso de fabricación es el mismo que el anterior pero la tira es una película metálica. Los metalesmás utilizados son Cromo, Molibdeno, Wólfram y Titanio. Son resistencias muy estables y fiables.4. Bobinadas.Tienen enrolladas sobre un cilindro cerámico, un hilo o cinta de una determinada resistividad.Se utilizan las aleaciones de Ni-Cr-Al y para una mayor precisión las de Ni-Cr.Disipan grandes potencias. Los modelos más importantes son : Cementados, vitrificados y esmaltados. 4 VariablesComponentes pasivos de tres terminales, que permiten manipular la señal que hay en un circuito(volumen de un equipo de música). Potenciómetro de película de Potenciómetro de Símbolos del potenciómetro carbón hiloNormalmente el terminal central corresponde al cursor o parte móvil del componente y entre losextremos se encuentra la resistencia. Características Técnicas:Resistencia nominal: Es el valor teórico que debe presentar en sus extremos. Se marca directamente sobre el cuerpo del componente. Ley de variación.Indica el tipo de variación y son: antilogaritmitos, en "S", lineal y logarítmico. Resistencias ajustables.
  • Componentes pasivos de tres terminales, que son calibrados par fijar algún parámetro en el interior delos equipos, y no son accesibles al usuario. Resistencias ajustablesEl código de colores de las resistencias Las resistencias son elementos pasivos muy comunes en los circuitos, ya que sonindispensables en cualquier diseño eléctrico o electrónico. Posteriormente conoceremosalgunas de sus aplicaciones. Para identificar su valor se usa el llamado código de colores.En la figura 1 ilustramos una resistencia típica. Figura 1. Un resistor típico Tiene un cuerpo cilíndrico de uno a dos centímetros de longitud, con un segmentode alambre a cada lado. En su superficie tiene tres o cuatro bandas de colores,igualmente espaciadas, más cercanas a uno de los extremos. Si sujetamos la resistenciacon la mano izquierda, por el lado donde están las bandas de colores, podemos deducirsu valor si sabemos el número que representa cada color. La figura 3 es la tabla delcódigo de colores de las resistencias. Tenemos que usarla para saber la equivalenciaentre los colores y los números del 0 al 10. Por otro lado, las dos primeras bandas deizquierda a derecha corresponden a los dos primeros dígitos del valor de la resistencia. Latercera banda es la potencia de 10 por la cual debe multiplicarse los dos digitosmencionados. La cuarta banda representa la tolerancia en el valor de la resistencia. Lasresistencias que usaremos en este manual tienen tres tolerancias posibles: 5%,identificadas con una banda dorada,10%, con una plateada, y 20%, sin banda. En el casode la resistencia de la figura 1, y con ayuda de la tabla de la figura 2 podemos decir quesu valor es de (24 ± 2.4) kΩ. Esto se obtiene viendo que la primera banda es roja = 2, lasegunda, amarilla = 4, la tercera, naranja = 3, y la cuarta, plateada = 10%. El resultado seconfecciona como 24 × 103, al 10%. El 10% de 24 es 2.4. Debemos mencionar que 103equivale al prefijo kilo, abreviado k, en el Sistema Internacional de unidades. Laresistencia se mide en ohmios, abreviados con la letra griega omega mayúscula, Ω. Porotro lado, 103 Ω = 1000 Ω y es lo mismo que 1 kΩ.Ejemplo 1. Identificar el valor de la resistencia de la figura 2.
  • Figura 2. Una resistencia típica al 5%Solución: La resistencia debe tomarse de tal forma que el extremo hacia el cual lasbandas coloreadas están recorridas quede a la izquierda. Ahora las bandas se identificande izquierda a derecha. La primera es verde. De la figura 3 vemos que este colorcorresponde al número 5. La segunda es azul, es decir, corresponde al 6. La tercera,negra, es el 1. La cuarta es dorada, lo que implica un 5% de tolerancia. El valor buscado 1se escribe como: 56 × 10 , o bien, 560 Ω. El 5% de 560 es 560 × 0.05 = 28. El valor finales: (560 ± 28) Ω. Primera banda Segunda banda Tercera banda Cuarta banda Color Primer dígito Segundo dígito Tercer dígito Tolerancia Negro 0 0 1 Marrón 1 1 10 Rojo 2 2 100 Naranja 3 3 1000 Amarillo 4 4 10000 Verde 5 5 100000 Azul 6 6 1000000 Violeta 7 7 10000000 Gris 8 8 100000000
  • Blanco 9 9 1000000000 Dorado 0.1 5% Plateado 0.01 10% Ninguno 20% Figura 3. El código de colores para las resistenciasLa tolerancia significa que el valor de la resistencia no puede ser garantizado conprecisión ilimitada. En el ejemplo 1 vemos que una resistencia con un valor nominal de560 Ω al 5% puede tener un valor tan bajo como 560 - 28 = 532 Ω hasta uno tan altocomo 560 + 28 = 588 Ω. Si medimos su valor con un óhmetro obtendremos un númeroentre 532 Ω y 588 Ω.Ejemplo 2. Usar el código de colores para determinar el valor de la resistencia de lafigura 4. Figura 4. Resistencia típica al 20%Solución: Nuevamente, usamos la figura 2 y obtenemos los dígitos 1, 8 y 2. Lo que se 2escribe como 18 × 10 Ω ó 1.8 kΩ. En esta resistencia no hay una cuarta bandacoloreada, lo que significa una tolerancia de 20%. El 20% de 1800 es 1800 × 0.2 = 360. Elvalor final se escribe (1.8 ± 0.36) kΩ.Potencia Otro concepto importante, relacionado con las caracterísicas de las resistencias, esla potencia, P. Se calcula como el producto de V, el voltaje, o diferencia de potencial através de la resistencia, y la corriente, I, que circula por ella. Es decir, P = VI. La unidad depotencia en el Sistema Internacional, SI, es el vatio, abreviado W. Las resistencias más
  • comunes se consiguen en potencias de 0.25 W, 0.5 W y 1.0 W. La potencia de unaresistencia nos dice cuánto calor es capaz de disipar por unidad de tiempo. Si el productoVI de una resistencia en un circuito tiene un valor superior al de su potencia sesobrecalentará y quemará, quedando inutilizada. La unidad de voltaje en el SI es el voltio,abreviado V, y la de la corriente, el amperio, abreviado A. De acuerdo con la expresiónpara calcular la potencia vemos que 1 W = (1 V) (1 A).Ley de Ohm La función de la resistencia es convertir la diferencia de potencial en corriente. Ladiferencia de potencial puede verse como un desnivel eléctrico, similar al que existe en ellecho de un río, que hace fluir el agua desde un sitio alto hacia uno bajo. Cuando decimosque una batería es de 1.5 V implicamos que su terminal positivo está 1.5 V por encima delnegativo, o que existe un desnivel eléctrico de 1.5 V entre ambos terminales, siendo elpositivo el más alto. Si conectamos una resistencia entre los terminales de la batería, eldesnivel eléctrico hace que una corriente fluya del terminal positivo al negativo a través dela resistencia. El valor de esta corriente depende de la magnitud del desnivel y de laresistencia. Si representamos con V el valor de la diferencia de potencial, y con R, el de laresistencia, obtenemos el de I mediante la llamada ley de Ohm: I = V/R. Gracias a la leyde Ohm podemos expresar la potencia en función de V y R o de I y R. Efectivamente, si 2substituímos I = V/R en la ecuación P = VI conseguimos la expresión P = V /R. Asimismo,si despejamos V de la ley de Ohm, V = IR, y la substituímos en la expresión para la 2potencia obtenemos P = I R.Ejemplo 3. Calcule la potencia disipada por un resistor si V = 12 V y la corriente I = 20 mASolución:P = VI = (12 V)(20 × 0.001 A) = 0.24 W. Recuerde que 1 mA = 0.001 A.Ejemplo 4. Calcule la potencia disipada por un resistor si R = 10 kΩ e I = 5.0 mA
  • Solución:P = VI, pero V es desconocido, sin embargo, R e I son dados, y V = RI, entoncesbuscamos primero a V:V = (10,000)(5.0 × 0.001) = 50 V, y P = (50)(5.0 × 0.001) = 0.25 W. 2 2O usamos directamente P = I R = (5.0 × 0.001) (10,000) = 0.25 W.Ejemplo 5. Calcule la potencia disipada por el mismo resistor del ejemplo 4 si V = 18 VSolución:P = VI, pero I es desconocida, sin embargo, R y V son dados, encontramos primero Iusando I = V/R,I = (18)/(10,000) = 0.0018 A, de dondeP = (18)(0.0018) = 32.4 mW. 2 2O usamos directamente P = V /R = (18) /(10,000) = 32.4 mW.Información Adicional.Resistencia :Para el fenómeno físico véase Resistencia eléctrica.Figura 1: Símbolos
  • Figura 2: Diferentes resistencias todas ellas de empaquetado tipo axial.Figura 3:Resistencia de montaje superficial o SMD.Se denomina resistencia o resistor (en lenguaje técnico) al componente electrónicodiseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de uncircuito. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., las resistencias seemplean para producir calor aprovechando el Efecto Joule. Es frecuente utilizar lapalabra resistor como sinónimo de resistencia.La corriente máxima de una resistencia viene condicionada por la máxima potenciaque puede disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partirdel diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Los valores más corrientes son0.25 W, 0.5 W y 1 W.Existen resistencias de valor variable, véase Potenciómetro (resistencia variable).Comportamiento en un circuitoLas resistencias se utilizan en los circuitos para limitar el valor de la corriente o parafijar el valor de la tensión. Véase la Ley de Ohm.Sistemas de CodificaciónCódigo de colores:Para caracterizar una resistencia hacen falta tres valores: resistencia eléctrica, disipaciónmáxima y precisión o tolerancia. Estos valores se indican normalmente en el encapsuladodependiendo del tipo de éste; para el tipo de encapsulado axial, el que se observa en lasfotografías, dichos valores van rotulados con un código de franjas de colores.Estos valores se indican con un conjunto de rayas de colores sobre el cuerpo delelemento. Son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia (normalmenteplateada o dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La última raya indicala tolerancia (precisión). De las restantes, la última es el multiplicador y las otras lascifras.El valor de la resistencia eléctrica se obtiene leyendo las cifras como un número deuna, dos o tres cifras; se multiplica por el multiplicador y se obtiene el resultado enOhmios (Ω). El coeficiente de temperatura únicamente se aplica en resistencias dealta precisión (tolerancia menor del 1%).
  • Valor de la Valor de laColor de la Coeficiente de 1°cifra 2°cifra Multiplicador Tolerancia banda temperatura significativa significativa Negro 0 0 1 - -Marrón 1 1 10 ±1% 100ppm/ºC Rojo 2 2 100 ±2% 50ppm/ºCNaranja 3 3 1 000 - 15ppm/ºCAmarillo 4 4 10 000 - 25ppm/ºC Verde 5 5 100 000 ±0,5% - Azul 6 6 1 000 000 - 10ppm/ºCVioleta 7 7 - - 5ppm/ºC Gris 8 8 - - -Blanco 9 9 - - 1ppm/ºCDorado - - 0.1 ±5% -Plateado - - 0.01 ±10% -Ninguno - - - ±20% - Valores de resistencia para resistores disponibles en comercios.
  • Como leer el valor de una resistencia:En una resistencia tenemos generalmente 4 líneas de colores,aunque podemosencontrar algunas que contenga 5 líneas (4 de colores y 1 que indica tolerancia)vamos a tomar la más general las de 4 líneas,las primeras 3 y dejamos aparte latolerancia que es plateada o dorada Primero vemos de que color es la primera línea y según la tabla vemos que valor es Después vemos el color de la segunda línea y según la tabla vemos que valor es Vamos a unir los números anteriores y los multiplicamos por el valor expresado en la tabla de la tercera líneaPor ejemplo:Tenemos una resistencia con los colores verde, amarillo, rojo y dorado. Registramos el valor de la primera línea (verde): 5 Registramos el valor de la segunda línea (amarillo): 4 Registramos el valor de la tercera línea (rojo): X 100 Unimos los valores de las primeras dos líneas y multiplicamos por el valor de la tercera54 X 100 = 5400Ω o 5.4 kΩ y este es el valor de la resistencia expresada en OhmiosEjemplos:Figura 4: Resistencia de valor 2.700.000 Ω y tolerancia de ±5% La caracterización de una resistencia de 2.700.000 Ω (2.7M Ω), con una tolerancia de ±5%, sería la representada en la Figura 4: 1°cifra: Rojo (2) 2°cifra: Violeta (7) Multiplicador: Verde (100 000) Tolerancia: Dorado (±5%)
  • Figura 5: Resistencia de valor 0.65 Ω y tolerancia de ±2%  El valor de la resistencia de la Figura 5 es de 65 Ω y tolerancia de ±2% dado que: 1°cifra: Azul (6) 2°cifra: Verde (5) 3ºcifra: Negro (0) Multiplicador: Dorado (0.1) Tolerancia: Rojo (±2%)Codificación de los Resistores en SMTEsta imagen muestra cuatro resistores de montaje de superficie (el componente en la partesuperior izquierda es un condensador) incluyendo dos resistores de cero ohmios. Los enlacesde cero ohmios son usados a menudo en vez de enlaces de alambre A los resistores cuando se encuentran en circuitos con tecnología de montaje de superficie se les imprimen valores numéricos en un código similar al usado en los resistores axiales.Los resistores de tolerancia estándar en estos tipos de montajes (Standard-toleranceSurface Mount Technology (SMT)) son marcados con un código de tres dígitos, en elcual los primeros dos dígitos representan los primeros dos dígitos significativos y eltercer dígito representa una potencia de diez (el número de ceros).  Por ejemplo: "334" 33 × 10,000 ohmios = 330 kiloohmios "222" 22 × 100 ohmios = 2.2 kiloohmios "473" 47 × 1,000 ohmios = 47 kiloohmios "105" 10 × 100,000 ohioms = 1 megaohmios
  • Los resistores de menos de 100 ohmios se escriben: 100, 220, 470. El numero cero final representa diez a la potencia de cero, lo cual es 1. Por ejemplo: "100" 10 × 1 ohmio = 10 ohmios = "220" 22 × 1 ohmio = 22 ohmios = Algunas veces estos valores se marcan como "10" o "22" para prevenir errores. Los resistores menores de 10 ohmios tienen una R para indicar la posición del punto decimal .Por ejemplo: "44R7" = 4.7 ohmios "0R22" = 0.22 ohmios "0R01" = 0.01 ohmios Los resistores de precisión son marcados con códigos de cuatro dígitos, en los cuales los primeros tres dígitos son los números significativos y el cuarto es la potencia de diez. Por ejemplo: "1001" 100 × 10 ohmios = 1 kiloohmio = "4992" 499 × 100 ohmios = 49.9 kiloohmios = "1000" 100 × 1 ohmio = 100 ohmios = Los valores "000" y "0000" aparecen en algunas ocasiones en los enlaces de montajes de superficie, debido a que tienen (una resistencia aproximada a cero). Codificación para uso Industrial: Formato: XX 99999 ó XX 9999X [dos letras]<espacio>[valor del resistor (tres/cuatro dígitos)]<sinespacio>[código de tolerancia(númerico/alfanúmerico - un dígito/una letra)] Power Rating at 70 °C Código de Tolerancia Power Designación Designación MIL-R-11 MIL-R-39008 Tolerancia Type No. rating Industrial MIL Norma Norma (watts) 5 ±5% J BB 1/8 RC05 RCR05 2 ±20% - CB ¼ RC07 RCR07 1 ±10% K EB ½ RC20 RCR20 - ±2% G GB 1 RC32 RCR32 - ±1% F HB 2 RC42 RCR42 - ±0.5% D GM 3 - - - ±0.25% C HM 4 - - - ±0.1% B
  • El rango de la temperatura operacional distingue los tipos comercial, industrial y militar de los componentes. Tipo Comercial : 0 °C a 70 °C Tipo Industrial : −40 °C a 85 °C (en ocasiones −25 °C a 85 °C) Tipo Militar : −55 °C a 125 °C (en ocasiones -65 °C a 275 °C)  Tipo Estandar: -5°C a 60°C Resistencias de precisión: Son aquellas cuyo valor se ajusta con errores de 100 partes por millón o menos y tienen además una variación muy pequeña con la temperatura, del orden de 10 partes por millón entre 25 y 125 grados Celsius. Este componente tiene una utilización muy especial en circuitos analógicos, con ajustes muy estrechos de las especificaciones, para más datos recurrir a manuales de Vishay, entre otros. Este tipo de componente logra su precisión tanto en su valor, como en su especificación de temperatura debido que la misma debe ser considerado un sistema, donde los materiales que la comportan interactúan para lograr su estabilidad. Un film metálico muy fino se pega a un aislador como el vidrio, al aumentar la temperatura, la expansión térmica del metal es mayor que la del vidrio y esto produce en el metal una fuerza que lo comprime reduciendo su resistencia eléctrica, el coeficiente de variación de resistencia del metal con la temperatura es positivo, la suma casi lineal de estos factores hace que la resistencia no varié o que lo haga muy poco.