Resistencia

Unha resistencia é un compoñente electrónico deseñado para introducir unha resistencia ao paso da corrente eléctrica entre dous puntos dun circuíto, de acordo coa Lei de Ohm. R
V I {\displaystyle R
{\frac {V}{I}}} Noutros casos, como nas máquinas de pasar o ferro, quentadores etc. , as resistencias empréganse para producir calor aproveitando o efecto Joule.
Unha resistencia ideal é un compoñente cunha resistencia eléctrica que permanece constande a pesar da voltaxe aplicada ou o fluxo de corrende que percorre este dispositivo. Aínda que no "mundo real" as resistencias non poden alcanzar este obxectivo perfecto, son deseñadas para ofrecer pouca variación na súa resistencia eléctrica cando son sometidas a cambios de temperatura ou outros factores ambientais. As resistencias son un compoñente moi habitual en calquera circuíto eléctrico e, por tanto, atopámolas en case tódolos aparellos electrónicos. As resistencias poden estar feitas de diferentes substancias e compostos, pero tamén de fío metálico especial, como a aliaxe de níquel-cromo, que ten unha gran resistencia eléctrica. Existen resistencias de valor variable, que reciben o nome de potenciómetros. Medida
A magnitude definitoria dunha resistencia é a súa resistencia ao paso de corrente eléctrica, que é unha proporción entre voltaxe e corrente e mídese en ohmios (símbolo Ω), unha unidade do Sistema Internacional de Unidades. Un compoñente que ten unha resistencia de 1 ohmio ao cal se aplica unha voltaxe de 1 voltio, é percorrido por unha corrente de 1 amperio. Isto é equivalente ao fluxo dun culombio de carga eléctrica (aproximadamente 6. 241506 × 1018) por segundo en dirección contraria. Para medir a resistencia á corrente utilízase un óhmetro, quizais como parte dun polímetro. Resistencia ideal
Na teoría de circuítos a resistencia é un compoñente ideal que responde linealmente á lei de Ohm, as resistencias non lineais son esenciais para facer, por exemplo, os osciladores electrónicos. No mundo real, as resistencias son dispositivos con diferentes formas, con características e límites operacionais moi específicos. A resistencia ideal é un bipolar pasivo que mantén unha resistencia eléctrica constante independentemente dos valores tomados pola tensión e a corrente. A súa ecuación característica segue a lei de Ohm e é: V
R ⋅ I {\displaystyle V
{R\cdot I}} ou: I
G ⋅ V {\displaystyle I
{G\cdot V}} onde G é a condutancia eléctrica.
Estas dúas fórmulas son elixidas en función de se se considera como un parámetro a resistencia ou a condutancia. O seu comportamento sería o dunha liña recta que pasa a través da orixe dos eixos, cunha pendente que depende do valor da resistencia. Este tipo de bipolar aproxímase ao comportamento dunha resistencia real, se se pode prescindir das variacións producidas na resistencia debido á temperatura ou outras causas.
A potencia absorbida pola resistencia virá dada por: P
V ⋅ I
R ⋅ I 2
V 2 R
G ⋅ V 2 {\displaystyle P
{V\cdot I}
{R\cdot I^{2}}
{\frac {V^{2}}{R}}
{G\cdot V^{2}}} Teoría de funcionamento
A lei de Ohm
O comportamento dunha resistencia ideal virá dado pola relación que estabelece a lei de Ohm: V
I R {\displaystyle V
IR} Esta lei estabelece que a voltaxe (V) entre os extremos dunha resistencia é proporcional á corrente eléctrica (I) que pasa ao seu través e onde a constante de proporcionalidade é a resistencia (R) opón ao paso da corrente.
Resistencias en serie e en paralelo
As resistencias nun circuíto en paralelo teñen todas a mesma diferenza de potencial (voltaxe).
Dado un circuíto podemos calcular a resistencia total do circuíto (Req): 1 R e q
1 R 1 + 1 R 2 + ⋯ + 1 R n {\displaystyle {\frac {1}{R_{\mathrm {eq} }}}
{\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+\cdots +{\frac {1}{R_{n}}}} A corrente que pasa a través das resistencias conectadas en serie é a mesma a todas, pero a voltaxe é diferente a cada elemento. A suma das diferenzas de potencial nos extremos de cada resistencia é igual á voltaxe total que hai entre os extremos do circuíto. Dado un circuíto en serie podemos calcular a súa resistencia: R e q
R 1 + R 2 + ⋯ + R n {\displaystyle R_{\mathrm {eq} }
R_{1}+R_{2}+\cdots +R_{n}} Se temos un circuíto onde se combinan resistencias en serie e en paralelo é posible subdividilo en partes máis pequenas que sexan ou dun tipo ou do outro. Dado o circuíto podemos calcular a súa resistencia total: R e q
( R 1 ‖ R 2 ) + R 3
R 1 R 2 R 1 + R 2 + R 3 {\displaystyle R_{\mathrm {eq} }
\left(R_{1}\|R_{2}\right)+R_{3}
{R_{1}R_{2} \over R_{1}+R_{2}}+R_{3}} A pesar de que hai circuítos que non poden ser subdivididos deste xeito, na práctica pódese considerar que calquera valor non estándar de resistencia pode ser obtido por medio da combinación dos valores estándar en serie ou en paralelo.
Potencia disipada
A potencia disipada por unha resistencia (ou a resistencia equivalente dun circuíto con resistencias) calcúlase da maneira seguinte: P
I 2 R
I V
V 2 R {\displaystyle P
I^{2}R
IV
{\frac {V^{2}}{R}}} As tres ecuacións son equivalentes. A primeira deriva do efecto Joule, as outras dúas da lei de Ohm.
A cantidade total de enerxía liberada en forma de calor é a integral da enerxía respecto do tempo: W
∫ t 1 t 2 v ( t ) i ( t ) d t. {\displaystyle W
\int _{t_{1}}^{t_{2}}v(t)i(t)\, dt. } Se a potencia disipada é máis grande da que pode soportar a resistencia pode chegar a danala por sobrequecemento. O exceso de disipación pode facer subir a temperatura ata un punto que poida chegase queimar a resistencia e mesmo causar un lume que afecte aos materiais e compoñentes adxacentes. Hai resistencias que abren o circuíto cando chegan a un certo nivel de temperatura para previr posibles incendios.
Hai que facer notar que a potencia nominal dunha resistencia non é o mesmo que a potencia que pode disipar de maneira segura na práctica. A circulación do aire e a proximidade á placa do circuíto, a temperatura ambiente, e outros factores poden reducir a disipación de maneira significativa. A potencia nominal de disipación pode ser dada por unha temperatura ambiente de 25 °C ao aire libre. Dentro da caixa dun equipo a 60 °C, a disipación será significativamente menor, se se disipa algo menos da cifra máxima indicada polo fabricante, podemos aínda estar fóra da zona de operación segura, e abocados ao fallo prematuro do compoñente. As resistencias reais
As resistencias reais caracterízanse polo valor da súa resistencia eléctrica, expresada en Ohm (Ω), e pola potencia máxima (enerxía por unidade de tempo) que poden disipar sen destruírse, expresada en watts (W). Ás veces, pero moi poucas, en lugar do valor da resistencia, indícase o da súa condutancia (a inversa da resistencia). Para moitas aplicacións civís e industriais, no canto do valor da resistencia, o que se indica é a tensión típica de funcionamento, expresada en voltios (V).
Tanto no campo civil como no industrial, a principal aplicación das resistencias é a produción de calor a partir da electricidade polo efecto Joule. Hai moitos usos que podemos identificar no campo dos electrodomésticos, como as cociñas de indución, o ferro de pasar, os fervedoiros de auga, o secador de cabelo (para quentar o aire), a lavadora ou o lavalouza (para quentar a auga), etc. Un ferro normalmente ten unha resistencia dunha potencia de 1 kW. Resistencias de potencia moito máis grandes son utilizadas nos fornos industriais ou nos circuítos de control de vehículos eléctricos como as locomotoras dos trens eléctricos para disipar o exceso de enerxía, a pesar de que para este tipo de uso empezan a ser substituídos en gran parte por circuítos electrónicos de regulación que son máis eficientes.
Estas resistencias, denominadas de potencia son tipicamente feitas enrolando fío de aliaxes metálicas a base de ferro, cromo, tungsteno ou outros materiais. Unha aliaxe moi utilizada é o constantán (55% de cobre e 45% de níquel). Para evitar, en parte, que este tipo de resistencias de fío condutor se comporten como un indutor (a pesar de ser un enrolamento de fío condutor quérese conseguir un comportamento de resistencia puro e evitar a xeración de interferencias electromagnéticas) o enrolamento faise seguindo dúas espirais opostas coa idea de que as respectivas indutancias se anulen, esta construción recibe o nome de Ayrton-Perry.
Outra grande utilización das resistencias atopámola nos circuítos electrónicos, para os que se producen nunha gran variedade de formas e valores de resistencia (desde fraccións de ohmio ata varios centenares de megaohms) e de potencia (desde uns poucos milivatios ata centenares de watts). As resistencias úsanse como parte dos circuítos eléctricos e electrónicos, fundamentalmente utilízanse con tres finalidades: Para xerar voltaxes de referencia ou reducir o rango de variación dunha voltaxe, como no caso dos divisores de tensión
Para limitar a corrente que circula por unha malla, como no caso dos circuítos con díodos LED onde temos que limitar a corrente ao valor indicado polo fabricante.
Como elemento protector doutros compoñentes máis caros.
Na táboa seguinte hai unha serie de parámetros que determinan as características funcionais das resistencias que se atopan no mercado: Tipos de resistencias
As resistencias poden ser fixas ou variables. As resistencias variables tamén teñen denominacións específicas por exemplo potenciómetros ou reóstatos e permiten alterar a resistencia do dispositivo mediante o xiro dunha roda ou deslizando un control. Tamén hai outras resistencias variables especiais, por exemplo a fotorresistencia ou LDR que varía a súa resistencia eléctrica en función da luz que recibe, ou tamén o termistor que varía a súa resistencia en función da temperatura.
Algunhas resistencias son longas e delgadas, co verdadeiro material resistente no centro, e unha pata de metal condutor a cada extremo. Este encapsulado denomínase axial. A foto da dereita mostra unha fileira de resistencias de uso xeral nunha tira. As resistencias que se usan nos computadores e a outros dispositivos electrónicos son xeralmente máis pequenas, a miúdo con encapsulado para montaxe en superficie (tecnoloxía de montaxe superficial) sen patillas. As resistencias de maior potencia veñen en encapsulados de maior solidez deseñados para disipar a calor eficientemente, pero todas teñen basicamente a mesma estrutura.
Resistencias de valor fixo
Este tipo de compoñente presenta unha resistencia que foi fixada polo fabricante e non pode ser modificada.
Resistencia compostas de carbono
As resistencias de compostas de carbono consisten nun cilindro sólido con terminais de fío metálico incrustados ou tapas de metal soldados nos laterais. O corpo da resistencia está protexido con pintura ou plástico. A inicios do século XX presentaban o corpo sen illar, os terminais eran enrolados ao redor dos extremos do cilindro da resistencia e soldados. A resistencia era pintada coa codificación de cor do seu valor.
O elemento que fai a resistencia está feito dunha mestura dun material condutor, habitualmente carbón ou grafito en po, e un material illante (xeralmente de cerámica) tamén en po e unha resina orgánica que fai de aglomerante da mestura. A resistencia virá determinada pola relación entre o material de recheo (o po de cerámica) e o carbón. Canto maior sexa a concentración de carbón, un condutor débil, menor será a resistencia. As resistencias compostas de carbono foron de uso corrente nos anos 60 e anteriores, pero xa non son de uso tan xeral dado que apareceron outros tipos que teñen mellores especificacións, como a tolerancia, a dependencia da tensión e o estrés (as resistencias compostas de carbono poden cambiar de valor cando son estresados con sobretensións). Doutra banda, se o contido de humidade interno (por exposición durante algún tempo a unha contorna húmida) é significativo, a calor que se producirá ao soldar o compoñente provocará un cambio irreversible do valor da resistencia. Se non eran sometidas a sobretensións nin a quecemento, eran moi fiables. Este tipo de resistencia aínda se pode atopar no mercado, pero en comparación con outros tipos, é bastante custosa. Os seus valores de resistencia oscilan entre fraccións de ohmio ata 22 megaohms.
Resistencias de película de carbón
Constrúense cun apoio illante, habitualmente un cilindro cerámico, sobre o que se deposita unha película de carbono puro, dun groso inferior a un micrómetro. O valor da resistencia do compoñente determínase por medio do groso da película depositada e polo corte con láser dun camiño estreito en forma de hélice sobre a película para crear un longo percorrido a seguir pola corrente, ao aumentar a lonxitude do material variamos a resistencia. Despois protéxense da humidade e do desgaste cun verniz. Este tipo de resistencias presentan potencias entre 0, 125 W e 5 W a 70 °C, mentres que a súa resistencia varía entre 1 ohmio e 10 megaohms, podemos traballar a temperaturas entre -55 e 155 °C e a súa máxima voltaxe de traballo oscila entre 200 e 600 voltios.
Resistencias de película grosa
As resistencias de película grosa fixéronse populares durante a década de 1970, e aínda hoxe en día a maioría das que se utilizan en circuítos de tecnoloxía SMD (montaxe en superficie) son deste tipo. A pesar do nome, a principal diferenza entre os de película delgada e os de película grosa non é tanto o groso real da película de material, senón a maneira en como se aplica ao cilindro (no caso das resistencias normais ou axiais) ou á superficie (no caso das resistencias SMD), fálase de película delgada por grosos de ata 5 micrómetros e grosa cando pasa deste groso. Estas técnicas permiten a integración de varias resistencias nun único módulo, hai dous grandes grupos, os módulos de tipos SIL (Single In Line resistor) e os de tipos DIL (''Dual In Line resistor).
As resistecnias de película delgada fanse por polvorización catódica (un método de deposición no baleiro) do material que cre a resistencia sobre un substrato illante. A película é gravada dunha maneira similar ao antigo proceso para facer placas de circuíto impreso, é dicir, a superficie cóbrese cun material fotosensible, cóbrese cunha película co patrón e é irradiado con luz ultravioleta, e despois a fotografía xerada permitirá eliminar o material que non interesa. Os materiais utilizados son de cerámica metálica (cermet) como o nitruro de tántalo (TAN), o dióxido de rutenio (Ru2), o óxido de chumbo (PbO), o níquel-cromo (NiCr), ou pirocloros como o Bi2Ru2O7 ou o Bi2Ir2O7.
O groso da película pode ser controlado con precisión pero aínda así, despois da fabricación o valor da resistencia de película delgada ou grosa non é moi preciso, por iso, para conseguir un valor exacto, adoitan ser recortados cun láser abrasivo. As resistencias de película delgada adoitan especificar tolerancias de 0, 1, 0, 2, 0, 5 ou 1%, e presentar coeficientes de temperatura de 5 a 25 ppm/K.
Nas resistencias de película grosa utilízanse os mesmos tipos de cerámica condutora que os indicados máis arriba, pero mestúrase cun sinterizador (po) de vidro e algún tipo de líquido de forma que o composto poida ser serigrafiado. Este composto de vidro e cerámica condutiva (cermet) fúndese nun forno a uns 850 °C. Os primeiros que se fabricaron tiñan tolerancias do 5%, pero melloraron e nas últimas décadas a tolerancia estándar é do 2% ou do 1%. Os coeficientes de temperatura das resistencias de película grosa son altos, tipicamente ±200 ou ±250 ppm/K; un cambio de temperatura de 40 kelvin pode cambiar a resistencia nun 1%.
As resistencias de película delgada son xeralmente moito máis caras que os de película grosa, por exemplo, as de película delgada de tipo SMD con tolerancias de 0, 5%, e un coeficiente de temperatura de 25 ppm/K son aproximadamente dúas veces máis caras que as de película grosa cunha tolerancia do 1% e un coeficiente de temperatura de 250 ppm/K.
Resistencias de película metálica
Hoxe en día este tipo de resistencias son habituais, normalmente están recubertas de níquel-cromo (NiCr) ou outros materiais de cerámica metálica (cermet) como os mencionados no apartado anterior. A diferenza das resistencias de película delgada, o material pode ser aplicado con técnicas diferentes da polvorización catódica (aínda que esta tamén é unha das posible técnicas). Ademais o valor da resistencia determínase, de maneira similar ás resistencias de película de carbono, mediante o corte dunha hélice na película de material que produce a resistencia. O resultado é unha tolerancia razoable (0, 5, 1 ou 2%) e un coeficiente de temperatura (habitualmente) de 25 ou 50 ppm/K (partes por millón por kelvin).
Resistencias bobinadas
As resistencias bobinadas fanse habitualmente enrolando un fío metálico, usualmente nicromo, ao redor dun núcleo de cerámica, plástico ou fibra de vidro. Nos extremos do fío sóldanse dúas tapas, ou aneis, tocando o núcleo. O conxunto protéxese cunha capa de pintura, un plástico ou un esmalte endurecido ao forno a alta temperatura. Adoitan ter un diámetro entre 0, 6 e 0, 8 mm. Para as resistencias de máis potencia utilízase unha carcasa exterior de cerámica ou aluminio co obxectivo de disipar a calor producida, as máis grandes poden chegar a 1000 watts.
Dado que as resistencias bobinadas actúan como un indutor electromagnético presentan unha indutancia non desexada máis grande que outros tipos, a pesar das técnicas utilizadas no bobinado para minimizala.
Resistencias axustables e variables
Co termo de resistencias axustables desígnase un tipo de resistecias que permiten unha certa regulación dos seus parámetros eléctricos, corrente e tensión, pero só se pode axustar un número limitado ás veces. Dispoñen de tres terminais, dous determinan unha resistencia R constante e o terceiro é móbil, de forma que é posible axustar a resistencia entre 0 e R en función da posición que ocupe este contacto móbil.
Cando se fala de resistencias variables referímonos a un tipo de dispositivo que foi deseñado para ser axustado en calquera momento, e máis especificamente fálase de potenciómetros e reóstatos. Unha resistencia variable pode ter un ou máis puntos fixos de forma que a resistencia pode cambiarse movendo os cables de conexión a diferentes terminais. Noutros casos pode haber un contacto que escorrega e que permite unha variación continua da resistencia. Ademais destes dispositivos que utilizan un sistema manual e mecánico de axuste, tamén hai un outro tipo, son aqueles que varían a súa resistencia co cambio doutro parámetro como a temperatura ou a cantidade de luz que incide sobre eles.
Un elemento frecuente aos dispositivos electrónicos (receptores de radio, amplificadores de música, televisores, etc. ) é unha resistencia de tres terminais axustable continuamente pola rotación dun eixo, a variación pode ser lineal ou logarítmica. Cando se conectan o tres terminais reciben o nome de potenciómetros, posto que actúan como un divisor de tensión axustable continuamente. Un exemplo común é un control de volume para un receptor de radio analóxico. Identificación das resistencias
Dada a súa medida, os fabricantes indican o valor nominal das resistencias cun código de cores, pero no caso das que se utilizan en montaxe superficial prescíndese das cores e márcanse os valores numericamente. A resistencia eléctrica tamén se pode medir cun ohmetro ou cun multímetro.
Identificación por bandas de cor
O método de identificación por cores máis utilizado segue un código de catro bandas de cor pintadas ao redor da resistencia. As dúas primeiras bandas corresponden aos dous primeiros díxitos do valor da resistencia; a terceira banda é un multiplicador; e a cuarta corresponde á tolerancia (na práctica as resistencias que están á venda non son perfectas e presentan unha variación respecto do valor nominal que traen indicado). Cada cor corresponde a un determinado número, segundo se mostra na táboa de debaixo. Por exemplo verde-azul-amarelo-vermello sería 56 * 104 ohms
56 * 10000 ohms
560 kohms ±2%.
Valores nominais comercializados
A pesar de que poden ir desde poucos miliohms ata o xigaohm, a industria non fabrica calquera valor de resistencia, no mercado só hai uns determinados valores de resistencia que foron normalizados seguindo unha serie de Renard. A norma internacional IEC 60063, publicada pola Comisión Electrotécnica Internacional, define os valores estándar para as resistencias e os condensadores. Os valores foron agrupados en series que se denominan E6, E12, E24, E96 e E192, cada serie cunha tolerancia típica. O nome informa do número de elementos que compoñen a serie entre 10 e 100 ou entre 100 e 1000; así a serie E12 contén 12 valores diferentes entre 10 e 100 mentres que a serie E24 está formada por 24 valores entre 10 e 100. As series en combinación coa tolerancia típica de cada unha permiten cubrir tódolos valores posibles.
O número de valores van aumentando coa precisión requirida. Por exemplo, para a serie E6 (con resistencias cunha tolerancia do 20%) permítense seis valores: 10, 15, 22, 33, 47 e 68. Isto significa que os valores desta serie poden ser múltiplos de 10. Por exemplo, algúns valores utilizables poden ser 0, 47 Ω, 4, 7 Ω, 47 Ω, 470 Ω, 4, 7 kΩ, 47 kΩ, 470 kΩ e así sucesivamente.
Dependendo da tolerancia permitida, a norma IEC 60063 define os seguintes valores:
Codificación das resistencias para montaxe superficial (SMT)
Ás resistencias, cando se atopan en circuítos con tecnoloxía de montaxe de superficie, imprímenselles valores numéricos nun código similar ao usado nas resistencias axiais.
As resistencias de tolerancia estándar nestes tipos de montaxes (Standard-tolerance Surface Mount Technology (SMT)) son marcados cun código de tres díxitos, no cal os primeiros dous díxitos representan os primeiros dous díxitos significativos e o terceiro díxito representa unha potencia de dez (o número de ceros).
Por exemplo: "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 ohmios
1 megaohmios
As resistencias de menos de 100 ohmios escríbense: 100, 220, 470. O número cero final representa dez á portencia de cero, o cal é 1.
Por exemplo: "100"
10 × 1 ohmios
10 ohmios "220"
22 × 1 ohmios
22 ohmios
Algunhas veces estes valores márcanse como "10" ou "22" para previr erros.
As resistencias menores de 10 ohmios teñen un 'R' para indicar a posición do punto decimal.
Por exemplo: "4R7"
4. 7 ohmios "0R22"
0. 22 ohmios "0R01" 0. 01 ohmios
As resistencias de precisión son marcados con códigos de catro díxitos, nos cales os primeiros tres díxitos son os números significativos e o cuarto é a potencia de dez.
Por exemplo: "1001"
100 × 10 ohmios
1 kiloohmio "4992"
499 × 100 ohmios
49. 9 kiloohmios "1000"
100 × 1 ohmios
100 ohmios
Os valores "000" e "0000" aparecen nalgunhas ocasións nas ligazóns de montaxes de superficie, debido a que teñen (unha resistencia aproximada a cero). Resistencias de precisión
Son aquelas cuxo valor se axusta con erros de 100 partes por millón ou menos e teñen ademais unha variación moi pequena coa temperatura, da orde de 10 partes por millón entre 25 e 125 °C. Este compoñente ten unha utilización moi especial en circuítos analóxicos, con axustes moi estreitos das especificacións. Este tipo de compoñente logra a súa precisión tanto no seu valor, como na súa especificación de temperatura debido a que debe ser considerado un sistema, onde os materiais que o compoñenn interactúan para lograr a súa estabilidade. Un filme metálico moi fino pégase a un illante como o vidro, ao aumentar a temperatura, a expansión térmica do metal é maior que a do vidro e isto produce no metal unha forza que o comprime reducindo a súa resistencia eléctrica, o coeficiente de variación de resistencia do metal coa temperatura é positivo, a suma case lineal destes factores fai que a resistencia non varíe ou que o faga minimamente.