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Curso Básico de Electrónica – Lección 3 - La resistencia eléctrica - Resistores - Ley de Ohm – Ley de Joule (CUR003S)

Varios de los principales componentes electrónicos serán estudiados de esta lección. Los componentes que se centrarán se encuentran en todos los equipos electrónicos, tales como instrumentos de mediciones, transmisores, receptores, ordenadores, periféricos y circuitos electrónicos que se utilizan comúnmente como televisores, amplificadores, incluso los más complejos como maquinaria industrial. El conocimiento de sus funciones es esencial para el diseño, montaje, reparación y mantenimiento de cualquier dispositivo electrónico.

 

Resistividad

Como hemos estudiado en la primera lección, no existe un material conductor perfecto. Esto significa que al forzar a través de cualquier medio, la corriente eléctrica encuentra una oposición llamada "resistencia eléctrica". Todos los materiales, no importa lo bueno, siempre tienen un cierto grado de dificultad para el paso de la corriente, es decir, para la movilidad de las cargas.

Cuanto de "resistencia" la corriente encuentra que la corriente para pasar a través del material depende de varios factores tales como las dimensiones del objeto a través de la que pasa (por ejemplo, grosor y la longitud de un alambre) y el material de que se hace, si es o no un buen conductor de la electricidad.

La calidad del material que nos dice si es o no es un buen conductor está asociada con una magnitud denominada "resistividad".

Por tanto, cada material tiene una resistividad que es la "cantidad" de la resistencia que puede proporcionar la corriente cuando se utiliza.

Véase, sin embargo, la facilidad de la corriente tiene que pasar a través del material depende no sólo de la naturaleza, sino también su forma. Por lo tanto, por un alambre más grueso pasa la corriente más fácilmente que por un más delgado.

Esto nos lleva a la necesidad de formular una segunda magnitud eléctrica que es la "resistencia". La resistencia es el grado de dificultad que el cuerpo, en función del material y la forma ahora, presenta al paso de una corriente.

Por lo tanto, hay que destacar que la plata tiene una resistividad menor que el cobre porque los alambres de plata son mejores conductores de la electricidad. Del mismo modo que decir que un alambre de 1 metro de longitud de plata 1 mm de diámetro tiene una resistencia más baja que las mismas dimensiones hechas de alambre de cobre, como se muestra en la Figura 47.

 

Figura 47 - R1 y R2 son las resistencias de los dos alambres
Figura 47 - R1 y R2 son las resistencias de los dos alambres

 

La resistividad se mide en ohmios / m.cm2. A continuación se muestra una tabla con la resistividad de algunos materiales comunes:

 

Material Resistividad(Ohm/m.cm2)
Aluminio 0,0292
Antimonio 0,417
Bismuto 1,17
Bronce 0,067
Cadmio 0,076
Cobre (puro) 0,0162
Cobre (duro) 0,0178
Constatan 0,5
Oro 0,024
Ferro (puro) 0,096
Chumbo 0,22
Mercurio 0,96
Níquel 0,087
Platina 0,106
Plata 0,0158
Estaño 0,115
Tungsteno 0,055
Zinc 0,056

 

Resistencia y resistividad No se debe confundir la resistencia con la resistividad. La resistividad es la calidad del material que nos dice si es un buen conductor o no. La resistencia es la oposición que el objeto, el componente o el conductor construidos con este material presenta a la corriente. La resistividad es independiente del formato de conductor. La resistencia depende de la forma y las dimensiones del conductor.

 En los circuitos eléctricos y electrónicos puede tener la necesidad de introducir deliberadamente una resistencia en un punto, dificultando el flujo de corriente o bien para limitar su intensidad, ya sea por algún otro tipo de efecto. La reducción deliberada de las corrientes y tensiones en un circuito con el uso de componentes que ofrecen resistencia es muy común en la electrónica de todo tipo.

Esto nos lleva a una categoría especial de componentes cuyo propósito es proporcionar una resistencia eléctrica: los resistores.

 

1 - Resistores

Para reducir de forma controlada, la intensidad de la corriente eléctrica, creando una oposición o resistencia, o dejar caer la tensión en un circuito a un valor más conveniente para una aplicación dada, se utiliza componentes llamados resistores.

Hubo un momento en que estos componentes se denominaran "resistencias", mezclándose con su función. Incluso hoy en día, algunos de formación profesional e incluso los que están conectados al área de ingeniería eléctrica llaman los resistores de "resistencias". Los resistores más comunes son la película o de carbono película o de metal que tienen la apariencia mostrada en la Figura 48.

 

Figura 48 – Resistores de carbono de baja disipación y resistores SMD (Los resistores SMD están con sus tallas extendidas)
Figura 48 – Resistores de carbono de baja disipación y resistores SMD (Los resistores SMD están con sus tallas extendidas)

 

   En los diagramas, los resistores están representados por los símbolos que tienen dos reglas básicas, americanas y europeas, como se muestra en la Figura 49.

 

Figura 49 – Símbolos adoptados para representar un resistor en un diagrama
Figura 49 – Símbolos adoptados para representar un resistor en un diagrama

 

   Las resistencias tienen tres especificaciones importantes: la resistencia, la tolerancia y la disipación. Hay otras especificaciones, sin embargo, sólo se tienen en cuenta en aplicaciones muy especiales.

   La "cantidad" de resistencia que proporciona un resistor a la corriente eléctrica, es decir, su "resistencia" se mide en ohms (?) que puede variar entre 0,01 ohm y más de 22 millones de ohms.

   También usamos en las especificaciones de resistencia los múltiplos del ohm no caso el quilohm (ohmios k) y megohm (M).

  Así que en lugar de hablar que una resistencia tiene 4700 ohmios podemos decir 4,7 k o simplemente 4k7, donde "k" está en lugar de la coma (*).

   Para una resistencia de 2 700 000 ohmios simplemente hablamos 2,7 M o mismo 2M7.

(*) La sustitución de la coma decimal (o punto decimal, como en las especificaciones en inglés, se utiliza el punto para separar las unidades de unidades fraccionarias) es común no sólo en el caso de las unidades de resistencia, sino también para otras unidades como volts, ampères, hertz, etc.
  ¡Tenga en cuenta que la "k" se utiliza para miles es el minúsculo!

   A medida que las resistencias son componentes generalmente muy pequeños, sus valores no están marcados con números y letras, sino a través de un código especial que todos los practicantes electrónicos deben saber.

   En este código se utilizan bandas de colores como se explica en la siguiente tabla:

 

 


 

 

 

 

Cor Valores Significativos (1a e 2a Bandas) Multiplicador (3a Faixa) Tolerancia (4a Banda) Coeficiente de temperatura (ppm/oC)
Negro 0 1 - -
Marrón 1 10 1% 100
Rojo 2 100 2% 50
Naranja 3 1 000 - 15
Amarillo 4 10 000 - 25
Verde 5 100 000 0,5% -
Azul 6 1 000 000 0,25% 10
Violeta 7 10 000 000 0,1% 5
Gris 8 100 000 000 0,05% -
Blanco 9 1 000 000 000 - 1
De oro - 0.1 5% -
De Plata - 0.01 10% -

   A partir de esta tabla, podemos determinar no sólo la resistencia de un resistor común como otras características importantes que serán estudiados en esta lección. El valor de la lectura (resistencia) se hace teniendo en cuenta las bandas de colores que se leen desde la punta hasta el centro, como se muestra en la Figura 50.

 

Figura 50 - ¿Cómo leer un resistor?
Figura 50 - ¿Cómo leer un resistor?

 

   Supongamos que estamos en posesión de un resistor cuyos colores en el orden de lectura, son: amarillo, violeta, rojo y oro (Figura 48). ¿Cuál es su valor (resistencia)?

  La primera y segunda pista u anillos proporciona los dos primeras cifras de la resistencia a las figuras, es decir:

Amarillo = 4

Violeta = 7

   Formado de esta manera, la decena 47.

  La tercera faja da el factor de multiplicación, o cuántos ceros se debe añadir al valor leído. En este caso tenemos:

Rojo = 00 o x100

  Entonces tenemos 47 seguido de 00 = 4700 ohmios o 4k7.

  La cuarta pista nos dice cual es la tolerancia en el valor del componente cuando existe. Si no existe esta banda, tenemos un resistor de 20%, es decir, que puede ser la diferencia hasta el 20% entre el valor real de la resistencia que presenta y la cantidad que indican las bandas.

   Esto significa en la práctica, cuando compramos un resistor de 1k x 10% de tolerancia, en realidad ello puede tener valores entre 900 ohms y 1100 ohms, sin que esto signifique que está en problemas.

  Vea que esta tolerancia es admitida en muchos proyectos en los que no es necesario una resistencia exacta en un punto del circuito. Por lo tanto, los resistores (como muchos otros componentes), siempre tienen una cierta tolerancia.

   En nuestro caso, la banda de oro dice que es una resistencia con tolerancia del 5%.

Para un resistor de 5 pistas, las tres primeras pistas proporcionan los primeros tres dígitos de la resistencia. La cuarta pista el factor de multiplicación y la quinta pista de tolerancia. Los resistores de 5 bandas son aquellos que tienen tolerancias estrechas, 1% o menos.

 

Serie E6 y E12. E24 de valores de los componentes  

La tolerancia de un resistor (y otros componentes, así) es importante, ya que elimina la necesidad de fabricar resistores, por ejemplo, de todos los valores posibles. De 1 a 10 M ohms, y entonces tener 10 millones de valores diferentes de resistencias. Con la tolerancia, podemos hacer un valor de resistencia cubrir un cierto rango, como se muestra en la Figura A.

 


 

 

  Por lo tanto un resistor de 10k cubre el rango de 9000 a 11.000 ohms. No necesitamos para la fabricación de resistores de 9500 ohms, porque el uso de un de 10 k, con su tolerancia va a funcionar.

   Por esta razón, los resistores (y otros componentes) siguen un patrón de valores que pueden cubrir todos los valores posibles. Así, con la tolerancia 20% necesitamos de sólo 6 valores, lo que conduce a la serie E6 y con 10% necesitamos de 12 puntos, lo que conduce a la serie E12 y E24 de 5%, como se muestra en la tabla.

 

Valor E24 E12 E6
1,0 5% 10% 20%
1,1 5%   -
1,2 5% 10% -
1,3 5%   -
1,5 5% 10% 20%
1,6 5%   -
1,8 5% 10% -
2,0 5%   -
2,2 5% 10% 20%
2,4 5%   -
2,7 5% 10% -
3,0 5%   -
3,3 5% 10% 20%
3,6 5%   -
3,9 5% 10% -
4,3 5%   -
4,7 5% 10% 20%
5,1 5%   -
5,6 5% 10% -
6,2 5%   -
6,8 5% 10% 20%
7,5 5%   -
8,2 5% 10% -
9,1 5%    
Por ejemplo, podemos encontrar una resistencia de 8,2 k ohms con 5% o 10% de tolerancia, pero no con 20% .Para una resistencia de 62 k ohms, sólo podemos encontrar este valor con una tolerancia del 5%.

  Hay resistencias "alambre" que debido a que son más grandes, tienen marcadas la resistencia directamente con los números escritos y marcas. La figura 51 son ejemplos de resistencias de alambre o hilo.

 

Figura 51 - Resistores de alambre o hilo
Figura 51 - Resistores de alambre o hilo

 

  También hay resistores de un tipo llamado SMD (Surface Mounting Devices) o de montaje de superficie que son muy pequeños y usan un código diferente.

Resistencias SMD son componentes muy pequeños, por lo que es difícil, incluso utilizando el código de color.

  En la figura se dio a los diferentes tipos de resistores, que incluye el tipo de SMD para que el lector tenga una idea de sus dimensiones.

   En el código que tenemos 3 dígitos: los dos primeros dígitos forman los dos primeros dígitos de la resistencia y la tercera el número de ceros o factor de multiplicación.

   Por ejemplo, en la Figura 52, los medios 10 y 103 000 o 1 000 ohms.

 

 

Figura 52 - Resistores SMD de 10k ohms.
Figura 52 - Resistores SMD de 10k ohms.

 

 

Hay otros componentes que son iguales en apariencia a los resistores SMD y utilizando el mismo código. Así, con la marcación103, puede ser un capacitor o un inductor con la misma marca, pero tienen diferentes unidades. Por lo tanto, la lectura de 103 ohms es válida si estamos seguros de que el componente de análisis es un resistor.

      Hemos visto en lecciones anteriores que cuando una corriente eléctrica que pasa a través de un medio que le ofrece la oposición, ella pasa la energía en forma de calor. En el caso del resistor, si el componente no es capaz de transferir este calor al medio ambiente, resulta sobrecalentarse y quemarse.

   La capacidad de un resistor tiene que transferir el calor al medio ambiente está directamente relacionada con su tamaño (superficie de contacto con el aire). Esta capacidad viene dada por la potencia (disipación) del resistor que se expresa en watts (W).

   Por lo tanto, los resistores más pequeños son de 1/8 o 1/4 W, mientras que los más altos pueden llegar a los 20 o más watts (algunos fabricantes especifican en potencias decimales a 0.125 W, 0.25 W, etc.).

 

Fusistores

   Un tipo de protección interesante se encuentra en algunos aparatos de consumo como televisores, consiste en colocar un resistor de bajo valor (que no cambia la corriente en el circuito) en serie con las principales líneas de alimentación. Cuando la corriente supera un cierto valor, esta resistencia se sobrecalienta y el calor generado por el terminal que se propaga fundiendo el material de soldadura que tiene un sistema de resorte, como se muestra en la Figura 53. Este componente se denomina fusistor (fusible + resistor).

 

Figura 53- Un fusistor tradicional
Figura 53- Un fusistor tradicional

 

   

Ley de Ohm

  Estudiamos en la segunda lección de nuestro curso existe una clara relación entre la corriente en un resistor y la tensión que causa. La intensidad de corriente en un entorno particular depende no sólo de la resistencia del medio, sino también a causa de esta corriente, o de tensión.

  Tensión, corriente y resistencia están relacionados de una manera muy bien definida por la Ley de Ohm.

   Esta ley establece que la intensidad de corriente en un entorno determinado que presente una resistencia es directamente proporcional a la tensión aplicada, como se sugiere en la Figura 54.

 

Figura 54 – Con la duplicación de la tensión, la corriente también se duplica
Figura 54 – Con la duplicación de la tensión, la corriente también se duplica

 

   En otras palabras, la relación entre la tensión y la corriente en un ambiente dado que presenta una cierta resistencia es constante y tiene precisamente el valor de esta resistencia:

  Podemos indicar esto mediante una fórmula básica:

R = V/I (f3.1)

 

Dónde:

R es la resistencia dada en ohmios (?)

V es la tensión en voltios (V)

I es la corriente dada en amperios (A)

 

Esta fórmula puede hacer otras dos:

V = R x I (f3.2)

 

I = V/R (f3.3)

 

  Vemos entonces usamos la primera (f3.1) para calcular la resistencia cuando conocemos la corriente y la tensión; utilizar la segunda (f3.2) para el cálculo de la tensión cuándo sabemos la resistencia y la corriente y utilizamos la tercera (F3.3) para calcular la corriente cuando sabemos el voltaje y la resistencia.

   Los dispositivos tales como resistores, que siguen la ley de Ohm, es decir, cuando la resistencia es constante, se hace referencia como dipolos óhmicos. La palabra dipolo es utilizada para describir los componentes o circuitos que tienen dos polos.

      

Memorizar las tres fórmulas, ya que son muy importante.

   Si ponemos en un gráfico los valores de las corrientes y tensiones correspondientes obtenidos de una resistencia, vemos que la "curva" resultante es una línea como se muestra en la Figura 55.

 

Figura 55 - Curva característica de una resistencia
Figura 55 - Curva característica de una resistencia

 

  Decimos que la "curva" es característico de una resistencia lineal.

 

El triángulo de la Ley de Ohm  Poner las tres cantidades que entran en la ley de Ohm, tensión, corriente y resistencia, como se muestra en la Figura A, obtenemos un triángulo interesante que nos permite calcular el valor de las cantidades en un problema.

 


 

Sólo tiene que poner su dedo en la grandeza que se desea calcular y las otras dos estarán en la posición que se debe hacer el cálculo. Por ejemplo, si taparnos R, que sobre I V, o simplemente dividiendo V (voltaje) por I (corriente) para encontrar resistencia. Si taparnos V, R se encuentra al frente de la I, es decir, multiplicamos por R I para dar V.

 

Curva característica de una lámpara

   Como se estudió si en un conductor u otro dispositivo la corriente es directamente proporcional a la tensión aplicada, es decir, la corriente aumenta en proporción al aumento de la tensión ello es un dipolo que sigue la ley de Ohm. Por lo tanto, es un dipolo lineal (que tiene dos polos).

   Sin embargo, el filamento de una lámpara incandescente no se sigue esta característica. Lo que sucede es que cuando el filamento está frío (contratado) su resistencia es menor. De este modo, mediante la aplicación de una tensión, la corriente será intensa al principio, pero cuando se dilata, la corriente se reduce. Si hacemos un gráfico en el que se muestra la corriente en función de la tensión, no es recta, tal como una resistencia. Él aparecerá como se muestra en la Figura 56.

 

    Figura 56 - La bombilla incandescente tiene una no lineal
    Figura 56 - La bombilla incandescente tiene una no lineal

 

   Este hecho es muy importante en ciertas aplicaciones en las que debe ser anticipada mediante la conexión de una lámpara, la corriente inicial es mucho mayor que la corriente durante el funcionamiento normal, es decir, la corriente nominal.

Dipolos no lineales En nuestro trabajo nos encontraremos con muchos componentes electrónicos y dispositivos que no siguen la ley de Ohm. Estos dispositivos no presentan una característica lineal en el que la corriente es proporcional a la tensión, que se denomina dipolos no lineales no lineal o. La palabra dipolo indica que tiene dos terminales o polos.

 

Concepto del calor y la Temperatura

   Los conceptos de calor y temperatura están confundidos por la forma en que usamos a diario. Por lo tanto, es común decir que hace calor, cuando en realidad, lo que sucede es que la temperatura es alta.

   Cuando jugamos en dos objetos percibimos fácilmente que sus temperaturas son diferentes. Estos objetos tienen diferentes temperaturas debido a que sus átomos se mueven en diferentes grados. La temperatura no es más que el grado de agitación de los átomos de un cuerpo.

  Cuando se encontró que un cuerpo está a una temperatura más alta que otra es porque sus átomos se mueven en diferentes grados, como se muestra en la Figura 57.

 

Figura 57 - Más agitación, una temperatura más alta
Figura 57 - Más agitación, una temperatura más alta

 

   La agitación de los átomos es debido al hecho de que tienen energía cinética.

   La cantidad de energía almacenada por los átomos de un cuerpo nos permite asociar otra cantidad que es el calor. Esto significa que necesitamos entregar calor (energía) a un cuerpo para que sus átomos agiten más y, por lo tanto, su temperatura aumente.

   Tenga en cuenta que si entregamos la misma cantidad de energía a un pequeño cuerpo y un cuerpo grande, la energía se distribuye por las partículas y el más pequeño se calienta más que el más grande, como se muestra en la Figura 58.

 

Figura 58 - Los dos cuerpos del mismo material son homogéneos, y Q es la cantidad de calorías entregado
Figura 58 - Los dos cuerpos del mismo material son homogéneos, y Q es la cantidad de calorías entregado

 

   El lector debe entender por lo que el calor es energía que hace que la temperatura del cuerpo suba o baje.

   Cuando un cuerpo recibe el calor la temperatura sube. Cuando pierde su calor la temperatura baja.

   En electrónica, la transferencia de calor entre los cuerpos es muy importante, ya que hay casos en los que se aprovecharon del calor generado por la energía eléctrica, por ejemplo, en los sistemas de calefacción, como en el que necesitamos deshacerse de ese calor para que la temperatura un componente no aumente excesivamente y se queme.

   En la práctica, el calor puede ser transferido de un cuerpo a otro de tres maneras.

 

a) Contacto

   Cuando dos cuerpos se ponen en contacto, el choque de partículas de una partícula con las otras transfiere la energía responsable de la agitación. Por lo tanto, si un cuerpo es a una temperatura más alta (mayor agitación y otro con una temperatura más baja (con agitación), shocks tienden a equilibrar con el tiempo de agitación y la temperatura de las dos balanza, como se muestra en la Figura 59.

 

 Figura 59 - La transferencia de calor por contacto
 Figura 59 - La transferencia de calor por contacto

 

 

b) La convección

   El contacto de un cuerpo caliente con el aire hace que la transferencia de la energía de sus partículas en forma de agitación a la misma. Por lo tanto, con un mayor grado de agitación (temperatura más alta), el aire se expande, se vuelve más ligero que tiende a subir. Se forma entonces una corriente de aire que "carga" el calor generado por el cuerpo, como se muestra en la Figura 60.

 

Figura 60 - corriente de convección de un radiador de calor de componentes electrónicos
Figura 60 - corriente de convección de un radiador de calor de componentes electrónicos

 

 

c) Radiación

   La energía de agitación de partículas de un cuerpo puede ser radiada en forma de ondas electromagnéticas. Si es pequeño grado de agitación, se presenta en forma de infrarrojos, pero si la temperatura se eleva demasiado, se produce en forma de luz visible, que va desde el rojo, a través del blanco y de ir a la predominancia del azul. Esto es lo que sucede con una plancha caliente o el filamento de una bombilla.

Cuerpo negro   Se ha encontrado que los cuerpos negros irradian calor mucho más eficiente que los otros colores. Cuando se estudia termología (parte física de estudiar calor) es común tomamos un cuerpo negro como cuerpo perfecto por ejemplo, en cuanto a la capacidad de absorber y radiar calor.

 

Los radiadores de calor

   Al estudiar, todos los dispositivos electrónicos, que no tienen una resistencia cero, generan una cierta cantidad de calor a ser atravesados por una corriente eléctrica. A medida que el dispositivo de resistencia cero es ideal, no existe en la práctica, podemos decir que todos los dispositivos por donde pasa una corriente en un circuito real generan calor.

  Para los casos en los que el calor generado es mayor, necesita ser transferido al medio ambiente de manera que el componente no tiene su temperatura elevada por encima de los límites que tolera medios auxiliares deben ser utilizados.

  Así, además de características que le permiten difundir el calor por la placa de circuito impreso a través del material, ventilación forzada, el camino principal, es sin duda lo que hace uso de radiadores o disipadores de calor.

  Estos dispositivos están conectados a los componentes que generan calor por conducción y la transferencia de este calor a los elementos que deben pasar el calor al ambiente, como se muestra en la Figura 61.

 

Figura 61 - componente montado en el disipador de calor o radiador de calor
Figura 61 - componente montado en el disipador de calor o radiador de calor

 

  Esta transferencia se puede realizar de dos maneras básicamente: radiación y convección.

  Parte del calor se irradia en forma de ondas electromagnéticas, concentrándose principalmente en la gama de infrarrojos. Se inicia con las propiedades de los cuerpos negros, que son ideales para elegir los materiales que se pueden utilizar con eficacia de esta forma de deshacerse del calor generado por los componentes.

  La otra parte del calor generado se transfiere al aire en contacto con las aletas tienen radiadores que se calientan se vuelve más ligero y tienden a levantarse fuera del sitio, tomando el calor absorbido. En este caso, es muy importante que el disipador tiene una gran área de superficie de contacto con el aire y hay un camino libre para su movimiento.

   La Figura 62 muestra los dos modos que el calor es transferido al medio ambiente a través de los radiadores o disipadores de calor.

 

Figura 62 - La disipación de calor por convección y radiación. En el componente al disipador de calor se transfiere por contacto
Figura 62 - La disipación de calor por convección y radiación. En el componente al disipador de calor se transfiere por contacto

 

  Ver podríamos hablar en tercera manera de transferir el calor generado por el acoplamiento del disipador sí mismo a una superficie sólida que podría absorber el calor, pero en este caso la superficie es que debe ser considerado como un disipador. En este caso vamos a tener el contacto como modo de transferencia de calor.

  También hay que recordar que la cantidad de aire en contacto con las aletas deben transferir el calor se puede aumentar considerablemente con el uso de ventilación forzada, como en el caso de la utilización de "fans" (sopladores o ventiladores), muy comunes dispositivos que requieren una alta tasa de

 

Cero Absoluto

  Hemos estudiado que la temperatura no es más que la medida del grado de agitación de partículas de un cuerpo. Si fijamos la temperatura ambiente, vemos que todos los cuerpos que nos rodean y que están en la misma temperatura tienen sus partículas se agitan de la misma forma.

   Supongamos ahora que peguemos cualquier objeto y enfriemos gradualmente. Encontramos entonces que sus partículas vibran cada vez más intensa hasta que llega un momento en que paran .

   A continuación, se llega a la temperatura mínima posible, porque nadie no se mueve más lentamente de que el parado. Este paro o mínimo absoluto se produce a una temperatura -273º C, como se muestra en la Figura 63.

 

Figura 63 - El cero absoluto (°k) Temperatura
Figura 63 - El cero absoluto (°k) Temperatura

 

  Una forma más precisa de medir la temperatura sería entonces colocar el grado cero en este punto. Esto se hace en grados Kelvin (oK) o grado absoluto que se muestra en la Figura 63. Se inicia desde el punto en que tenemos la temperatura mínima posible y tenemos 273 °K correspondiente a 0 ° C.

   En muchas especificaciones electrónicas y cálculos se utiliza la temperatura en grados Kelvin (°K).

 

Calentamiento Por Efecto Joule

  La cantidad de calor que se produce cuando una corriente pasa por una resistencia se calcula por la Ley de Joule.

  La ley establece que la cantidad de calor generado o potencia disipada (medida en vatios) es proporcional al producto de la corriente por la tension en el resistor de acuerdo con la fórmula:

P = V x I (f3.4)

 

 Dónde:

P es la potencia en watts (W)

V es la tensión en volts (V)

I es la corriente en ampères (A)

   Teniendo en cuenta, por la Ley de Ohm, que la corriente en un resistor es proporcional a la tensión en sus terminales o R = V / I, también podemos escribir en la ley de Joule:

P = R x I2 (f3.5)

P= V2/R (f3.6)

 

Ejemplo de cálculo:

   Calcular la potencia disipada por un resistor de 10 ohmios cuando está conectado a un generador de 12 volts.

   Resolución: como hemos dada la tensión y resistencia, se utiliza la fórmula F3.6.

P = (12 x 12)/10

P = 144/10

P = 14,4 watts

 

Asociación De Resistores

   Los resistores se pueden conectar en diferentes maneras para tener los efectos combinados. Un conjunto de resistores conectados según determinadas maneras se llama una "asociación de resistores".

 

Asociación Resistores En Serie

   Cuando conectamos resistores en serie, como se muestra en la Figura 64, la resistencia resultante es igual a la suma de las resistencias de los resistores asociados. Ver que conectar en "serie" es tener la misma corriente pasando a través de uno tras otro.

    En este ejemplo se toma la combinación de resistencias 10, 20 y 30 ohms, lo que resulta en una resistencia total de 60 ohms.

 

Figura 64 - Serie Asociación de resistencias
Figura 64 - Serie Asociación de resistencias

 

  Podemos escribir la siguiente fórmula para calcular la resistencia equivalente a una combinación de resistores en serie:

R = R1 + R2 + R3 +......+ Rn (f3.7)

 

Donde R es la resistencia equivalente (en ohmios)

           R1, R2, R3,... Rn son las resistencias de las resistencias asociadas (en ohmios)

 

Propiedades de la Asociación en serie:

6. Todos los resistores son atravesados por la misma intensidad de corriente

7. El resistor más grande disipa más calor

8. La resistencia equivalente es mayor que la resistencia del mayor resistor asociad

9. El resistor más grande se somete a una tensión mayor

 

  Tenga en cuenta que para esta última propiedad, se conectamos una combinación de resistores a una fuente de tensión, la tensión de esta fuente se dividirá proporcionalmente entre los resistores, como se puede en la Figura 65.

 

Figura 65 - El divisor de tensión resistivo
Figura 65 - El divisor de tensión resistivo

 

  Esta propiedad es importante porque nos permite utilizar resistores conectados en serie como "divisores de tensión." Podemos obtener tensiones menores en un circuito solo eligiendo valores adecuados de los resistores que conectamos en serie.

  La Figura 66 es un ejemplo en el que se obtiene una tensión de 8 V de una fuente de 12 V utilizando resistores.

 

Figura 66 - Obtención de 8 V de una fuente de 12 V
Figura 66 - Obtención de 8 V de una fuente de 12 V

 

  Por supuesto, el cálculo de un divisor puede ser mucho más complicado en la práctica que la división proporcional simple, porque hay que tener en cuenta la corriente que debe ser suministrada al circuito que será alimentado por el divisor.

 

Asociación De Resistores En Paralelo

   En una asociación en paralelo de resistores, los resistores están conectados como se muestra en la Figura 67, uno al lado del otro. La corriente se divide a través de los resistores en la misma figura.

 

Figura 67 – Asociación de resistores en paralelo
Figura 67 – Asociación de resistores en paralelo

 

   En una asociación (o enlace) en paralelo, la resistencia equivalente se da por la fórmula:

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1/R3 + ........ + 1/Rn (f3.8)

 

Donde R es la resistencia equivalente (en ohms)

           R1, R2, R3,... Rn son las resistencias asociadas (en ohms)

  Podemos decir que "la inversa de la resistencia equivalente de una asociación de resistores en paralelo es igual a la suma de las inversas de las resistencias de los resistores asociados."

  Para el caso de la Figura 68, la resistencia de la asociación en paralelo de un resistor de 20 ohm con un de 30 ohm es de 12 ohmios.

 

Figura 68 - Ejemplo de cálculo
Figura 68 - Ejemplo de cálculo

 

   

Caso especial:

  Cuando sólo hay dos resistores en paralelo, el cálculo de la resistencia equivalente se puede simplificar mediante la fórmula:

R = (R1 x R2)/(R1 + R2)

 

Basta entonces multiplicar una resistencia de uno por el otro y dividir pela suma. Por ejemplo, 20 ohmios a 30 ohmios en paralelo resultado en:

a) 20 x 30 = 600

b) 600/50 = 12 ohmios (50 = 20 + 30)

 

Propiedades de la Asociación de Resistores en Paralelo

- La corriente en cada resistor es inversamente proporcional a su valor. Lo de menos resistencia es atravesado por la mayor corriente.

- Todos los resistores reciben la misma tensión

- El menor resistor es atravesado por la corriente más grande y disipa la mayor potencia

- la resistencia equivalente es menor que la menor resistencia asociada

 

Asociación De Resistores en Serie-Paralelo

  Hay asociaciones más complejas de resistores que nos podemos encontrar algunos resistores conectados en serie y algunos en paralelo, de una manera que no nos permite clasificar el circuito en ninguno de los grupos.

   Por lo tanto, en la figura 69 tenemos una combinación de resistores en serie-paralelo.

 

Figura 69 - Una asociación serie-paralelo
Figura 69 - Una asociación serie-paralelo

 

   Para calcular la resistencia equivalente de procedimos por partes, calculando los grupos de resistencia que se pueden identificar como en paralelo o en serie, como se muestra en la Figura 70.

 

Figura 70 - Calculamos la resistencia equivalente de tres pasos: (A), (B) y (C)
Figura 70 - Calculamos la resistencia equivalente de tres pasos: (A), (B) y (C)

 

 

Potenciómetros e Trimpots

  Hay aplicaciones en las que es necesario tener un componente que puede haber modificado su resistencia o ajustarse una vez instalado en un circuito.

   Estos componentes caen en el grupo de resistores variables y los dos tipos más comúnmente encontrados son los potenciómetros y los trimpots (trimmer potentiometers).

  Potenciómetros y trimpots son dispositivos que pueden utilizar para variar la resistencia presentada al flujo de una corriente eléctrica.

En la figura 71 tenemos los aspectos más comunes que encontramos estos componentes, así como sus símbolos.

 

Figura 71 - Trimpots y potenciómetros - aspectos y símbolos
Figura 71 - Trimpots y potenciómetros - aspectos y símbolos

 

   Están constituidos por un elemento de resistencia, que puede ser de carbono o alambre de nicromo, deslizando sobre el un puntero denominado cursor. De acuerdo con la posición de este cursor tenemos la resistencia presentada por el componente.

  Tenga en cuenta que, teniendo el potenciómetro o trimpot de ajuste de la Figura 72, a medida que el cursor se mueve de A hacia B, aumenta la resistencia entre A y X, y al mismo tiempo reduce la resistencia entre X y B .

 

Figura 72 - curva lineal de un potenciómetro
Figura 72 - curva lineal de un potenciómetro

 

  Si la resistencia varía en proporción al movimiento del cursor, tenemos un potenciómetro lineal. Si el cambio sigue una ley logarítmica tenemos un potenciómetro logarítmico.

  Estas características pueden ser vistas por las curvas de los dos tipos de potenciómetros que se muestran en la Figura 73.

 

  Figura 73 -Curvas - pote lineal y logarítmica
  Figura 73 -Curvas - pote lineal y logarítmica

 

   Tenga en cuenta que la resistencia total entre A y B es la resistencia nominal del componente, es decir, el valor máximo que podemos conseguir.

    En la práctica, podemos encontrar potenciómetros e trimpots de ajuste con valores en el rango de fracción ohms a millones de ohms. Si el mismo eje controla dos potenciómetros, diremos que se trata de un potenciómetro doble.

  Algunos potenciómetros incorporan un interruptor que está controlado por el mismo eje que con la radio y los amplificadores forman los controles de volumen. El mismo control puede aumentar y disminuir el volumen y todavía encender y apagar, como se muestra en la Figura 74.

 

      Figura 74 – Potenciómetros con interruptores (conmutador)
      Figura 74 – Potenciómetros con interruptores (conmutador)

 

  Los potenciómetros se utilizan en diversas funciones, tales como, por ejemplo, controles de volumen, controles de tono, la sensibilidad, el brillo de una lámpara o una velocidad del motor, ya que permiten el ajuste en cualquier momento, las características deseadas.

  Ya los trimpots se utilizan cuando se desea un solo ajuste, es decir, solamente en un momento dado, con lo que el dispositivo a un comportamiento que debe ser definitivo (es evidente que el ajuste puede ser hecho de nuevo cuando sea necesario, pero por lo general el trimpot esté dentro dispositivo, que en este caso tiene que ser abierto).

   Figura 75 muestran trimpots de ajuste de precisión, el tipo de múltiples vueltas, ampliamente utilizado en los instrumentos, equipos y otros equipos sensibles.

 

Figura 75 - Trimpot de múltiples vueltas (multivuelta)
Figura 75 - Trimpot de múltiples vueltas (multivuelta)

 

 

3.8 - Transductores y Sensores

   Los circuitos electrónicos sólo pueden trabajar con señales eléctricas, es decir, las corrientes y tensiones.

   Así que si tenemos que medir las temperaturas, presiones y otras magnitudes físicas que no tienen nada que ver con la electricidad, tenemos que convertirlas.

   Del mismo modo, no vemos ni oímos la electricidad, lo que significa que hay aplicaciones que necesitan para convertir la energía eléctrica en otras formas de energía, tales como el sonido, la luz, etc.

   Dispositivos que convierten una forma de energía en otra se denominan "transductores". A medida que se utilizan para detectar ciertas cantidades, que son llamados también sensores. La figura 76 son ejemplos de estos componentes.

 

Figura 76 - transductores o sensores comunes
Figura 76 - transductores o sensores comunes

 

   Un tipo importante es el transductor que convierte una cantidad física en una resistencia correspondiente. Decimos que es un transductor o sensor resistivo, y hay varios de ellos que se utilizan en los equipos electrónicos.

  En la siguiente sección vamos a ver varios de estos transductores, que no son más de resistencias especiales cuya resistencia varía como una cantidad física dada.

Los transductores que convierten magnitudes eléctricas en variaciones de resistencia se llaman sensores resistivos.

 

LDR

   Los LDRs o resistores dependientes de la luz (también foto-resistores) son componentes cuya resistencia depende de la cantidad de luz que incide sobre una superficie sensible que tienen. El componente tiene una resistencia muy alta en la oscuridad (de la orden de millones de ohms orden) y muy baja en la luz (del orden de decenas o cientos de ohms). Los LDRs se utilizan en sensores de luz. La Figura 77 muestra el símbolo adoptado para representar este componente y los aspectos más comunes.

 

Figura 77 - LDRs - símbolos y aspectos
Figura 77 - LDRs - símbolos y aspectos

 

                            

NTC / PTC

   Los resistencias de coeficiente negativo de temperatura o termistores son componentes cuya resistencia disminuye al aumentar la temperatura. Por otro lado, las resistencias de coeficiente de temperatura positivo o PTC son componentes cuya resistencia aumenta al aumentar la temperatura. Ambos pueden ser utilizados como estabilizadores de circuitos sensibles a las variaciones de temperatura o como un sensor de temperatura. En la figura 78 podemos ver estos componentes, aspectos y curvas características.

 

Figura 78 - NTC y PTC - curvas y puntos
Figura 78 - NTC y PTC - curvas y puntos

 

 

VDR

VDR o resistores dependientes de la tensión (voltaje dependent resistors) también denominados varistores, son resistores cuya resistencia depende de la tensión aplicada a sus terminales. Los VDR se utilizan básicamente como protectores contra sobretensiones y transitorios en los circuitos electrónicos, desviando pulsos de alto voltaje que podrían dañar el equipo. En la figura 79 tenemos el símbolo y los aspectos de este componente.

 

Figura 79 - VDR o símbolos y aspectos
Figura 79 - VDR o símbolos y aspectos

 

   Además de estos transductores existen otros que serán estudiados en su momento por su importancia sólo en aplicaciones específicas.

 

Las lecciones de este curso son:

Lección 1 - Materia y energía, la naturaleza de la electricidad, la electricidad estática 

Lección 2 - Energía eléctrica, corriente y tensión, el circuito eléctrico 

Lección 3 - Resistencia eléctrica, resistores, Ley de Ohm, Ley de Joule 

Lección 4 - Tipos de generadores, rendimiento y ecuación del generador 

Lección 5 - Condensadores

Lección 6 - Magnetismo y electromagnetismo

Lección 7 - Corriente alterna

Lección 8 - Sonido y Acústica

Lección 9 - Ondas electromagnéticas

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