CEB #2.1 Componentes pasivos: Resistencia electrónica
Introducción
En este artículo se mostrará todo sobre las resistencias electrónicas y como trabaja.
Las resistencias son componentes que se oponen al paso de corriente eléctrica, al pasar dicha corriente se produce un voltaje entre sus terminaciones.
Toda la materia presenta resistencia al flujo de corriente en general, por eso esta medida es tan importante, además de que es usada en una ley fundamental en el tema de la eléctrica y la electrónica.
Resumen
Inicialmente se mostrará la resistencia como una forma de comportamiento y propiedad de la materia para impedir u oponer una contra fuerza al paso de la corriente eléctrica en un conductor sometido a un voltaje.
Esta resistencia eléctrica puede ser calculada con las diferentes medidas del material y una fuerza intrínseca llamada resistividad.
En forma de componente como la resistencia electrónica se puede ver como un arreglo intencionado con una resistividad fija y unas dimensiones del material ya establecida.
A fin de cuentas, la resistencia electrónica es un componente muy importante en la ingeniería en general, ya que limita la cantidad de corriente que pasa por un circuito. Además de que su propiedad es la de generar un voltaje entre sus terminales de acuerdo a la ley de ohm.
Figura : Resistencias como componente.
Contenido
02.1 Componentes pasivos: Resistencia electrónica 1
Simbología de la resistencia electrónica 3
Conformación física de la resistencia electrónica 5
Apariencia y estructura externa 5
Funcionamiento de la resistencia electrónica 7
Fórmulas matemáticas básicas 7
Polarización y curvas de corriente 9
Comprobación del funcionamiento de la resistencia electrónica 10
Aplicaciones de la resistencia electrónica 10
Definición
Cómo se dijo al principio, es una fuerza que se opone al flujo de corriente en un circuito eléctrico, presentando en si una caída de tensión o voltaje entre sus terminales.
También se comentó que es una fuerza que está presente en todos los materiales de una medida a otra.
La resistencia electrónica está diseñada para ofrecer valores concretos entre sus extremos.
Identificación
Unidad de medida
La unidad de medida de la resistencia electrónica en el sistema de medidas SI es el Ohm y se identifica con la letra griega Ω (omega) en honor al físico alemán Georg Simón Ohm (1789-1854), quien es el que diseñó la más famosa ley de la electricidad y la electrónica, que es la ley de Ohm.
Un ohm es la cantidad de resistencia que limita la corriente a un amperio en un circuito donde esta resistencia es excitada por un voltio; de aquí la ley de Ohm que se estudiará, más adelante.
En la electrónica se usan sus diferentes unidades de medida para la cantidad de magnitudes de la resistencia, como es el caso de Kiloohms, Megaohms o en unidades más pequeñas como es el miliohm.
Para medir la resistencia se utiliza un instrumento llamado óhmetro, donde se puede indicar la cantidad de resistencia más precisamente.
De acuerdo al tipo de material, la resistencia electrónica puede ir en unidades más pequeñas, o en unidades muy grandes, de aquí por eso se pueden distinguir tres grupos de materiales de acuerdo su cantidad de ohmios o resistencia.
- Conductores: Aquellos materiales de baja resistencia, en este grupo se encuentran los metales como el hierro, el cobre, el oro, entre otros. Su medición se encuentra desde los miliohmios hasta unos pocos ohmios.
- Aislantes: Son materiales que tienen una resistencia muy alta, tanto que casi que ni permiten el paso de corriente a pesar de presentar un voltaje muy alto. Por ejemplo, está en plástico, el vidrio, el aire entre otros. Su medición está ya por encima unos varios megaohmios hasta cientos o miles de estos mismos.
- Semiconductores: Son aquellos materiales que presentan un comportamiento entre los conductores y aislantes, dependiendo de su estado como es la temperatura, polarización entre otras condiciones pueden mostrar una conducción o aislamiento ante la corriente eléctrica. Ejemplos son los el silicio y el germanio. Pueden presentar medidas de los metales hasta los aislantes, o ya medidas intermedias como cientos de ohmios, y Kiloohms.
Simbología de la resistencia electrónica
El electrónica y eléctrica se puede distinguir la resistencia con un único símbolo, sin embargo, existen dos variantes que es la americana y la europea. En la gráfica siguiente se puede ver su simbología.
Codificación en medidas
Las resistencias principalmente se identifican con códigos de colores, normalmente las de carbón, estas van en forma de bandas en su alrededor.
La tabla 1 muestra cómo van estos colores.
La forma en que se codifican los valores de la resistencia electrónica sigue las siguientes reglas de acuerdo a la figura 7.
La primera banda significativa se identifica en la que está en la parte más extrema de esta mirándola en su forma física, de allí el orden hasta la última.
Esta primera banda, de acuerdo a la tabla mostrará la primera cifra del valor correspondiente al color.
En la segunda banda corresponderá a la segunda cifra del valor.
La tercera banda, será el valor por el cual se multiplicará el número dado por las dos primeras bandas.
Para la cuarta banda, si es el caso de una resistencia electrónica de 4 bandas, esta última corresponderá al valor de la tolerancia, pero si es de 5 bandas la cuarta será el valor a multiplicar mientras que la tercera banda será la tercera cifra del valor. La quinta entonces también corresponde a la tolerancia.
Ejemplo, para la figura 7, mirando la tabla 1, el valor de la primera resistencia es de 260.000Ω con una tolerancia del 5% que es lo mismo que 260KΩ. La segunda tiene un valor de 2’650.000Ω que es lo mismo que 2,65MΩ con una tolerancia del 1%.
La tolerancia, ser refiere al valor de exactitud con la cual el ohmiaje se acerca a lo que realmente dice su código, es decir para un valor del 5% el valor real puede estar un 5% por encima como un 5% por debajo del valor que dice su código. En la primera podría ser de máximo 273.000Ω o mínimo 247.000Ω.
Las resistencias electrónicas de 5 bandas son de mayor precisión y están fabricadas con arrollamiento de película metálica.
Conformación física de la resistencia electrónica
Tipos
Aparte de su clasificación entre fijas y variables, también se pueden encontrar por su composición de los materiales.
Principalmente se usan las que son hechas de carbón, siendo las más comunes, estando en material aglomerado o en película.
Otro de sus tipos están las construidas por arrollamiento de alambre resistivo o bobinas.
Otra forma de clasificarlas es por su forma y tamaño, ya que dependen de la cantidad de energía que disipan, por ejemplo, están las de baja potencia, media potencia un poco más grandes y ya de gran tamaño para aplicaciones más robustas.
También la clasificación por su forma de instalación como son por montaje por inserción y montaje superficial que son las más pequeñas.
Apariencia y estructura externa
Se puede apreciar muchas formas y apariencias de las resistencias electrónicas, la más común es la del empaquetado con las líneas de colores de la figura 1.
A pesar de eso también están las de apariencia en bloque cerámico.
Estructura interna
La resistencia electrónica, está diseñada en un empaquetado, donde internamente posee un material con una forma y composición que otorga un valor conocido de resistencia.
Estas pueden ser hechas a base de carbón conductor, arrollamientos de alambre con un cierto valor de conducción o de otro compuesto resistivo.
Depende del material, los valores de resistividad, potencia de disipación y otras constantes que se puede ver la resistencia con sus diferencias internas.
Funcionamiento de la resistencia electrónica
Principalmente, las resistencias se oponen al paso de la corriente, pero acá analizaremos el comportamiento funcional y definiremos las fórmulas y ecuaciones matemáticas de las resistencias.
Antes que todo, debemos encontrar la base fundamental de la resistencia como componente, esta es el resultado de la utilización de la resistividad de la materia y se define como la oposición al movimiento de los electrones en la materia al ser expuesta a una diferencia de tensión.
Fórmulas matemáticas básicas
Definimos las partes de este componente desde la más simple.
- Resistividad: Esta es la característica básica de la materia y su fórmula:
- R: Resistencia del material de acuerdo a sus dimensiones.
- ρ: Resistividad intrínseca del material.
- A: Área del material o sección transversal.
- L: Longitud del material.
Figura : Aplicación de la fórmula de la resistividad.
- Fórmula en circuitos eléctricos: Para definir el comportamiento de la resistencia en un circuito eléctrico, es necesario mira la parte de la ley de ohm donde básicamente es la siguiente.
Al tener este resultado, sabiendo que R es la resistencia del circuito, transponemos los valores para definir que resistencia es la que hay en este mismo con la corriente X y un voltaje Y.
- V: Voltaje.
- I: Intensidad de corriente.
- Potencia disipada por la resistencia: Como se dijo anteriormente, la resistencia cuando está funcionando disipa potencia en forma de calor, la fórmula matemática es muy sencilla y es:
Pero,
O también,
Poe lo tanto,
Comportamiento ideal
Idealmente la resistencia electrónica se comporta simplemente como una limitante de la corriente y no presenta otras perturbaciones aparte del voltaje, la corriente y la potencia.
Mirándola en un circuito es solo su fuente de voltaje, los conductores la resistencia y la corriente circulante por este, simplemente una resistencia electrónica ideal es un elemento pasivo que disipa energía en forma de calor según la ley de Joule.
La fórmula que la describe es la siguiente:
V(t) es el voltaje que cambia a través del tiempo, i(t) es la corriente que también cambia a través del tiempo y R es la resistencia como tal.
Comportamiento real
En la realidad la resistencia electrónica posee como complemento otros componentes pasivos que hacen que esta no se comporte como debería serlo, a estos componentes se les llama parásitos.
De igual manera existen fuerzas que actúan sobre esta misma, impidiendo que tenga un comportamiento completamente lineal y constante, estas fuerzas también son parásitas, ejemplo de ellas son la temperatura exterior, las perturbaciones de campos eléctricos y magnéticos, la deformación entre otras.
Realmente, la resistencia electrónica posee aparte de su componente, otros como son las inductancias y capacitancias parásitas.
Figura : Componentes pasivos de la resistencia electrónica
Polarización y curvas de corriente
Por lo general las resistencias no tienen polaridad, ya que estás pueden tener una corriente en cualquier sentido, e inclusive con corriente AC.
Las curvas de corriente simplemente son lineales y proporcionales, es decir, a medida que aumenta su voltaje de polarización, también se incrementa la corriente circundante y manejando una cantidad de ohmios contante.
Figura : Curva de corriente de la resistencia electrónica
Comprobación del funcionamiento de la resistencia electrónica
Aplicaciones de la resistencia electrónica
En electrónica y en los circuitos eléctricos, su utilidad, aparte de ofrecer una limitación del flujo de corriente, también se usa para obtener una referencia de voltaje, pues como se mencionó anteriormente, al conducir una corriente entre ella se produce entre sus terminales un voltaje que es correspondiente al de un divisor de voltaje, valga la redundancia.
Otra característica que posee la resistencia, es que es usada para generar calor, puesto que otro de los efectos que también posee, es la disipación de potencia o energía calórica, de esto se hablará más adelante.
Conclusiones
La resistencia electrónica como fuerza fundamental es la que impide u opone una fuerza inversa al movimiento de electrones en forma de corriente eléctrica por un conductor, esta se mide en Ohmios.
Idealmente en circuitos electrónicos se comporta linealmente, pero en modo real posee componentes y fuerzas parásitas.
Este componente es esencial para los circuitos electrónicos, pues fuerza de oponer resistencia al flujo de corriente, también puede usarse para dar referencias de tensión.
Referencias
- Electrónica moderna de Cekit.
- Wikipedia enciclopedia libre
- Análisis de circuitos en ingeniería.