Una resistencia es un componente eléctrico pasivo de dos terminales que implementa resistencia eléctrica como elemento de circuito. En los circuitos electrónicos, las resistencias se utilizan para reducir el flujo de corriente, ajustar los niveles de señal, dividir voltajes , polarizar elementos activos y terminar líneas de transmisión , entre otros usos. Las resistencias de alta potencia que pueden disipar muchos vatios de energía eléctrica en forma de calor pueden usarse como parte de controles de motores, en sistemas de distribución de energía o como cargas de prueba para generadores . Las resistencias fijas tienen resistencias que sólo cambian ligeramente con la temperatura, el tiempo o el voltaje de funcionamiento. Las resistencias variables se pueden utilizar para ajustar elementos del circuito (como un control de volumen o un atenuador de lámpara) o como dispositivos sensores de calor, luz, humedad, fuerza o actividad química.
Las resistencias son elementos comunes de las redes eléctricas y circuitos electrónicos y están omnipresentes en los equipos electrónicos . Las resistencias prácticas como componentes discretos pueden estar compuestas de varios compuestos y formas. Las resistencias también se implementan dentro de los circuitos integrados .
La función eléctrica de una resistencia se especifica por su resistencia: las resistencias comerciales comunes se fabrican en un rango de más de nueve órdenes de magnitud . El valor nominal de la resistencia está dentro de la tolerancia de fabricación , indicada en el componente.
Dos símbolos típicos de diagramas esquemáticos son los siguientes:
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La notación para indicar el valor de una resistencia en un diagrama de circuito varía.
Un esquema común es el código RKM según IEC 60062 . En lugar de utilizar un separador decimal , esta notación utiliza una letra vagamente asociada con los prefijos SI correspondientes a la resistencia de la pieza. Por ejemplo, 8K2 como código de marcado de pieza, en un diagrama de circuito o en una lista de materiales (BOM) indica un valor de resistencia de 8,2 kΩ. Los ceros adicionales implican una tolerancia más estricta, por ejemplo 15M0 para tres dígitos significativos. Cuando el valor se puede expresar sin necesidad de prefijo (es decir, multiplicador 1), se utiliza una "R" en lugar del separador decimal. Por ejemplo, 1R2 indica 1,2 Ω y 18R indica 18 Ω.
El comportamiento de una resistencia ideal se describe mediante la ley de Ohm :
La ley de Ohm establece que el voltaje ( ) a través de una resistencia es proporcional a la corriente ( ) que pasa a través de ella, donde la constante de proporcionalidad es la resistencia ( ). Por ejemplo, si se conecta una resistencia de 300 ohmios entre los terminales de una batería de 12 voltios, entonces fluye una corriente de 12/300 = 0,04 amperios a través de esa resistencia.
El ohmio (símbolo: Ω ) es la unidad SI de resistencia eléctrica , llamada así en honor a Georg Simon Ohm . Un ohmio equivale a un voltio por amperio . Dado que las resistencias se especifican y fabrican en una gama muy amplia de valores, las unidades derivadas de miliohmio (1 mΩ = 10 −3 Ω), kiloohmio (1 kΩ = 10 3 Ω) y megaohmio (1 MΩ = 10 6 Ω) son también de uso común. [2] [3] : pág.20
La resistencia total de resistencias conectadas en serie es la suma de sus valores de resistencia individuales.
La resistencia total de resistencias conectadas en paralelo es el recíproco de la suma de los recíprocos de las resistencias individuales. [3] : p.20 y siguientes
Por ejemplo, una resistencia de 10 ohmios conectada en paralelo con una resistencia de 5 ohmios y una resistencia de 15 ohmios produce1/1/10 + 1/5 + 1/15ohmios de resistencia, o30/11= 2,727 ohmios.
Una red de resistencias que es una combinación de conexiones en paralelo y en serie se puede dividir en partes más pequeñas que son una u otra. Algunas redes complejas de resistencias no se pueden resolver de esta manera, lo que requiere un análisis de circuito más sofisticado. Generalmente, se pueden utilizar la transformada Y-Δ o métodos matriciales para resolver este tipo de problemas. [4] [5] [6]
En cualquier instante, la potencia P (vatios) consumida por una resistencia de resistencia R (ohmios) se calcula como:
Las resistencias se clasifican según su máxima disipación de potencia. Las resistencias discretas en los sistemas electrónicos de estado sólido generalmente tienen una clasificación de 1 ⁄ 10 , 1 ⁄ 8 o 1 ⁄ 4 vatio. Por lo general, absorben mucho menos de un vatio de energía eléctrica y requieren poca atención a su potencia nominal.
Se requieren resistencias de potencia para disipar cantidades sustanciales de energía y generalmente se usan en fuentes de alimentación, circuitos de conversión de energía y amplificadores de potencia; esta designación se aplica libremente a resistencias con potencias nominales de 1 vatio o más. Las resistencias de potencia son físicamente más grandes y es posible que no utilicen los valores, códigos de colores y paquetes externos preferidos que se describen a continuación.
Si la potencia promedio disipada por una resistencia es mayor que su potencia nominal, se puede dañar la resistencia, alterando permanentemente su resistencia; esto se diferencia del cambio reversible de resistencia debido a su coeficiente de temperatura cuando se calienta. Una disipación excesiva de energía puede elevar la temperatura de la resistencia hasta un punto en el que puede quemar la placa de circuito o los componentes adyacentes, o incluso provocar un incendio. Hay resistencias ignífugas que no producirán llamas con ninguna sobrecarga de cualquier duración.
Se pueden especificar resistencias con una disipación nominal más alta que la experimentada en servicio para tener en cuenta la mala circulación de aire, la gran altitud o la alta temperatura de funcionamiento .
Todas las resistencias tienen una tensión nominal máxima; esto puede limitar la disipación de potencia para valores de resistencia más altos. [7] Por ejemplo, entre las resistencias de 1 ⁄ 4 vatios (un tipo muy común de resistencia con terminales ), una aparece con una resistencia de 100 MΩ [8] y un voltaje nominal máximo de 750 V. Sin embargo, incluso colocando 750 V en un cable de 100 Una resistencia MΩ continua solo daría como resultado una disipación de potencia de menos de 6 mW, lo que hace que la clasificación nominal de 1 ⁄ 4 vatio no tenga sentido.
Las resistencias prácticas tienen una inductancia en serie y una pequeña capacitancia en paralelo ; Estas especificaciones pueden ser importantes en aplicaciones de alta frecuencia. En un amplificador o preamplificador de bajo ruido , las características de ruido de una resistencia pueden ser un problema.
En algunas aplicaciones de precisión, el coeficiente de temperatura de la resistencia también puede ser motivo de preocupación.
La inductancia no deseada, el exceso de ruido y el coeficiente de temperatura dependen principalmente de la tecnología utilizada en la fabricación de la resistencia. Normalmente no se especifican individualmente para una familia particular de resistencias fabricadas con una tecnología particular. [9] Una familia de resistencias discretas también se puede caracterizar según su factor de forma, es decir, el tamaño del dispositivo y la posición de sus cables (o terminales). Esto es relevante en la fabricación práctica de circuitos que puedan utilizarlos.
También se especifica que las resistencias prácticas tienen una potencia nominal máxima que debe exceder la disipación de potencia prevista de esa resistencia en un circuito en particular: esto es principalmente preocupante en aplicaciones de electrónica de potencia. Las resistencias con potencias nominales más altas son físicamente más grandes y pueden requerir disipadores de calor . En un circuito de alto voltaje, a veces se debe prestar atención al voltaje máximo de trabajo nominal de la resistencia. Si bien no existe un voltaje de trabajo mínimo para una resistencia determinada, no tener en cuenta la clasificación máxima de una resistencia puede hacer que la resistencia se incinere cuando la corriente pasa a través de ella.
Los componentes de orificio pasante suelen tener "conductores" (pronunciados / l iː d z / ) que salen del cuerpo "axialmente", es decir, en una línea paralela al eje más largo de la pieza. A otros, en cambio, les salen cables que salen de su cuerpo "radialmente". Otros componentes pueden ser SMT (tecnología de montaje en superficie), mientras que las resistencias de alta potencia pueden tener uno de sus cables diseñado en el disipador de calor .
Las resistencias de composición de carbono (CCR) consisten en un elemento resistivo cilíndrico sólido con cables integrados o tapas metálicas en los extremos a las que se unen los cables. El cuerpo de la resistencia está protegido con pintura o plástico. Las resistencias de composición de carbono de principios del siglo XX tenían cuerpos sin aislamiento; Los cables conductores se enrollaron alrededor de los extremos de la varilla del elemento de resistencia y se soldaron. La resistencia completa se pintó para codificar por colores su valor.
El elemento resistivo de las resistencias de composición de carbono está hecho de una mezcla de carbono finamente pulverizado y un material aislante, generalmente cerámico. Una resina mantiene unida la mezcla. La resistencia está determinada por la relación entre el material de relleno (la cerámica en polvo) y el carbono. Las concentraciones más altas de carbono, que es un buen conductor, dan como resultado resistencias más bajas. Las resistencias de composición de carbono se usaban comúnmente en la década de 1960 y antes, pero ahora no son populares para uso general ya que otros tipos tienen mejores especificaciones, como tolerancia, dependencia de voltaje y estrés. Las resistencias de composición de carbono cambian de valor cuando se estresan con sobretensiones. Además, si el contenido de humedad interna, como por ejemplo debido a la exposición durante un período de tiempo a un ambiente húmedo, es significativo, el calor de soldadura crea un cambio irreversible en el valor de resistencia. Las resistencias de composición de carbono tienen poca estabilidad con el tiempo y, en consecuencia, fueron clasificadas en fábrica con, en el mejor de los casos, una tolerancia de solo el 5%. [10] Estas resistencias no son inductivas, lo que proporciona beneficios cuando se utilizan en aplicaciones de reducción de pulsos de voltaje y protección contra sobretensiones. [11] Las resistencias de composición de carbono tienen una mayor capacidad para soportar sobrecargas en relación con el tamaño del componente. [12]
Las resistencias de composición de carbono todavía están disponibles, pero son relativamente caras. Los valores oscilaron entre fracciones de ohmio y 22 megaohmios. Debido a su elevado precio, estas resistencias ya no se utilizan en la mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, se utilizan en fuentes de alimentación y controles de soldadura. [12] También tienen demanda para la reparación de equipos electrónicos antiguos donde la autenticidad es un factor.
Una resistencia de pila de carbono está hecha de una pila de discos de carbono comprimidos entre dos placas de contacto metálicas. El ajuste de la presión de sujeción cambia la resistencia entre las placas. Estas resistencias se utilizan cuando se requiere una carga ajustable, como al probar baterías de automóviles o transmisores de radio. Una resistencia de pila de carbón también se puede utilizar como control de velocidad para motores pequeños en electrodomésticos (máquinas de coser, batidoras manuales) con potencias de hasta unos pocos cientos de vatios. [13] Se puede incorporar una resistencia de pila de carbón en reguladores automáticos de voltaje para generadores, donde la pila de carbón controla la corriente de campo para mantener un voltaje relativamente constante. [14] Este principio también se aplica en el micrófono de carbono .
En la fabricación de resistencias de película de carbono, se deposita una película de carbono sobre un sustrato aislante y se corta una hélice en él para crear un camino resistivo largo y estrecho. Las diferentes formas, junto con la resistividad del carbono amorfo (que oscila entre 500 y 800 μΩ m), pueden proporcionar una amplia gama de valores de resistencia. Las resistencias de película de carbono presentan un ruido más bajo en comparación con las resistencias de composición de carbono debido a la distribución precisa del grafito puro sin unión. [15] Las resistencias de película de carbono presentan un rango de potencia nominal de 0,125 W a 5 W a 70 °C. Las resistencias disponibles varían de 1 ohmio a 10 megaohmios. La resistencia de película de carbono tiene un rango de temperatura de funcionamiento de −55 °C a 155 °C. Tiene un rango máximo de voltaje de trabajo de 200 a 600 voltios. Se utilizan resistencias especiales de película de carbono en aplicaciones que requieren una alta estabilidad de pulso. [12]
Las resistencias de composición de carbono se pueden imprimir directamente sobre sustratos de placas de circuito impreso (PCB) como parte del proceso de fabricación de PCB. Aunque esta técnica es más común en módulos de PCB híbridos, también se puede utilizar en PCB de fibra de vidrio estándar. Las tolerancias suelen ser bastante grandes y pueden ser del orden del 30%. Una aplicación típica serían las resistencias pull-up no críticas .
Las resistencias de película gruesa se hicieron populares durante la década de 1970, y la mayoría de las resistencias SMD (dispositivos de montaje en superficie) actuales son de este tipo. El elemento resistivo de las películas gruesas es 1000 veces más grueso que el de las películas delgadas, [16] pero la principal diferencia es cómo se aplica la película al cilindro (resistencias axiales) o a la superficie (resistencias SMD).
Las resistencias de película delgada se fabrican pulverizando (un método de deposición al vacío ) el material resistivo sobre un sustrato aislante. Luego, la película se graba de manera similar al antiguo proceso (sustractivo) para fabricar placas de circuito impreso; es decir, la superficie se recubre con un material fotosensible , se cubre con una película patrón, se irradia con luz ultravioleta y luego se revela el recubrimiento fotosensible expuesto y se elimina la película delgada subyacente.
Las resistencias de película gruesa se fabrican mediante procesos de impresión con pantalla y plantilla. [12]
Debido a que se puede controlar el tiempo durante el cual se realiza la pulverización catódica, se puede controlar con precisión el espesor de la película delgada. El tipo de material también varía, consistiendo en uno o más conductores cerámicos ( cermet ) como nitruro de tantalio (TaN), óxido de rutenio ( RuO
2), óxido de plomo (PbO), rutenato de bismuto ( Bi
2ru
2oh
7), níquel-cromo (NiCr) o iridato de bismuto ( Bi
2ir
2oh
7).
La resistencia de las resistencias de película delgada y gruesa después de la fabricación no es muy precisa; Por lo general, se recortan hasta obtener un valor preciso mediante corte abrasivo o láser . Las resistencias de película delgada generalmente se especifican con tolerancias del 1% y el 5% y con coeficientes de temperatura de 5 a 50 ppm/K . También tienen niveles de ruido mucho más bajos , entre 10 y 100 veces menos que las resistencias de película gruesa. [17] Las resistencias de película gruesa pueden utilizar la misma cerámica conductora, pero se mezclan con vidrio sinterizado (en polvo) y un líquido portador para que el compuesto pueda serigrafiarse . Este compuesto de vidrio y material cerámico conductor (cermet) luego se funde (hornea) en un horno a aproximadamente 850 °C.
Cuando se fabricaron por primera vez, las resistencias de película gruesa tenían tolerancias del 5%, pero las tolerancias estándar han mejorado al 2% o 1% en las últimas décadas. [ ¿ periodo de tiempo? ] Los coeficientes de temperatura de las resistencias de película gruesa suelen ser ±200 o ±250 ppm/K; un cambio de temperatura de 40 kelvin (70 °F) puede cambiar la resistencia en un 1%.
Las resistencias de película delgada suelen ser mucho más caras que las resistencias de película gruesa. Por ejemplo, las resistencias de película delgada SMD, con tolerancias del 0,5 % y coeficientes de temperatura de 25 ppm/K, cuando se compran en cantidades de carrete de tamaño completo, cuestan aproximadamente el doble que las resistencias de película gruesa al 1 %, 250 ppm/K.
Un tipo común de resistencia con terminales axiales en la actualidad es la resistencia de película metálica. Las resistencias de cara sin plomo de electrodo metálico ( MELF ) suelen utilizar la misma tecnología.
Las resistencias de película metálica generalmente están recubiertas con níquel-cromo (NiCr), pero pueden recubrirse con cualquiera de los materiales cermet enumerados anteriormente para resistencias de película delgada. A diferencia de las resistencias de película delgada, el material se puede aplicar utilizando técnicas diferentes a las de pulverización catódica (aunque esta es una de las técnicas utilizadas). El valor de resistencia se determina cortando una hélice a través del recubrimiento en lugar de grabarlo, de forma similar a como se fabrican las resistencias de carbono. El resultado es una tolerancia razonable (0,5%, 1% o 2%) y un coeficiente de temperatura que generalmente está entre 50 y 100 ppm/K. [18] Las resistencias de película metálica poseen buenas características de ruido y baja no linealidad debido a un bajo coeficiente de voltaje. También son beneficiosos debido a la estabilidad a largo plazo. [12]
Las resistencias de película de óxido metálico están hechas de óxidos metálicos, lo que da como resultado una temperatura de funcionamiento más alta y una mayor estabilidad y confiabilidad que las de película metálica. Se utilizan en aplicaciones con altas exigencias de resistencia.
Las resistencias bobinadas se fabrican comúnmente enrollando un alambre de metal, generalmente nicromo , alrededor de un núcleo de cerámica, plástico o fibra de vidrio. Los extremos del cable se sueldan o sueldan a dos tapas o anillos unidos a los extremos del núcleo. El conjunto se protege con una capa de pintura, plástico moldeado o un revestimiento de esmalte horneado a alta temperatura. Estas resistencias están diseñadas para soportar temperaturas inusualmente altas de hasta 450 °C. [12] Los cables de las resistencias bobinadas de baja potencia suelen tener entre 0,6 y 0,8 mm de diámetro y están estañados para facilitar la soldadura. Para resistencias bobinadas de mayor potencia, se utiliza una carcasa exterior de cerámica o una carcasa exterior de aluminio encima de una capa aislante. Si la carcasa exterior es de cerámica, estas resistencias a veces se describen como resistencias de "cemento", aunque en realidad no contienen cemento tradicional . Los tipos con carcasa de aluminio están diseñados para conectarse a un disipador de calor para disipar el calor; la potencia nominal depende de que se utilice con un disipador de calor adecuado; por ejemplo, una resistencia de potencia nominal de 50 W se sobrecalienta a una fracción de la disipación de potencia si no se utiliza con un disipador de calor. Las resistencias bobinadas grandes pueden tener una potencia nominal de 1000 vatios o más.
Debido a que las resistencias bobinadas son bobinas , tienen una inductancia más indeseable que otros tipos de resistencias. Sin embargo, enrollar el cable en secciones con dirección alternativamente invertida puede minimizar la inductancia. Otras técnicas emplean un devanado bifilar o un formador plano y delgado (para reducir el área de la sección transversal de la bobina). Para los circuitos más exigentes se utilizan resistencias con devanado Ayrton-Perry .
Las aplicaciones de las resistencias bobinadas son similares a las de las resistencias compuestas, con la excepción de las aplicaciones de alta frecuencia. La respuesta de alta frecuencia de las resistencias bobinadas es sustancialmente peor que la de una resistencia compuesta. [12]
En 1960, Felix Zandman y Sidney J. Stein [19] presentaron un desarrollo de película resistiva de muy alta estabilidad.
El elemento de resistencia principal de una resistencia de lámina es una lámina de aleación de cromo-níquel de varios micrómetros de espesor. Las aleaciones de cromo níquel se caracterizan por tener una gran resistencia eléctrica (unas 58 veces la del cobre), un pequeño coeficiente de temperatura y una alta resistencia a la oxidación. Algunos ejemplos son Chromel A y Nichrome V, cuya composición típica es 80 Ni y 20 Cr, con un punto de fusión de 1420 °C. Cuando se añade hierro, la aleación de cromo-níquel se vuelve más dúctil. El Nicromo y el Cromel C son ejemplos de aleaciones que contienen hierro. La composición típica del Nicromo es 60 Ni, 12 Cr, 26 Fe, 2 Mn y Chromel C, 64 Ni, 11 Cr, Fe 25. La temperatura de fusión de estas aleaciones es de 1350 °C y 1390 °C, respectivamente. [20] [ cita completa necesaria ]
Desde su introducción en la década de 1960, las resistencias de lámina han tenido la mejor precisión y estabilidad de todas las resistencias disponibles. Uno de los parámetros importantes de estabilidad es el coeficiente de resistencia a la temperatura (TCR). El TCR de las resistencias de lámina es extremadamente bajo y se ha mejorado aún más a lo largo de los años. Una gama de resistencias de lámina de ultraprecisión ofrece un TCR de 0,14 ppm/°C, tolerancia ±0,005%, estabilidad a largo plazo (1 año) 25 ppm, (3 años) 50 ppm (mejorado 5 veces más gracias al sellado hermético) , estabilidad bajo carga (2000 horas) 0,03%, EMF térmico 0,1 μV/°C, ruido −42 dB, coeficiente de voltaje 0,1 ppm/V, inductancia 0,08 μH, capacitancia 0,5 pF. [21]
La estabilidad térmica de este tipo de resistencia también tiene que ver con los efectos opuestos de que la resistencia eléctrica del metal aumenta con la temperatura y se reduce por la expansión térmica que conduce a un aumento en el espesor de la lámina, cuyas otras dimensiones están limitadas por un sustrato cerámico. . [ cita necesaria ]
Una derivación de amperímetro es un tipo especial de resistencia de detección de corriente, que tiene cuatro terminales y un valor en miliohmios o incluso microohmios. Los instrumentos de medición de corriente, por sí solos, normalmente sólo pueden aceptar corrientes limitadas. Para medir corrientes altas, la corriente pasa a través de la derivación a través de la cual se mide la caída de voltaje y se interpreta como corriente. Una derivación típica consta de dos bloques de metal sólido, a veces de latón, montados sobre una base aislante. Entre los bloques, y soldadas a ellos, hay una o más tiras de aleación de manganina con coeficiente de resistencia a baja temperatura (TCR) . Los pernos grandes roscados en los bloques realizan las conexiones de corriente, mientras que tornillos mucho más pequeños proporcionan las conexiones del voltímetro. Las derivaciones se clasifican según la corriente de escala completa y, a menudo, tienen una caída de voltaje de 50 mV a la corriente nominal. Dichos medidores se adaptan a la clasificación de corriente total en derivación mediante el uso de un dial marcado apropiadamente; no es necesario realizar cambios en las otras partes del medidor.
En aplicaciones industriales de alta corriente de alta resistencia, una resistencia de rejilla es una gran red enfriada por convección de tiras de aleación de metal estampadas conectadas en filas entre dos electrodos. Estas resistencias de grado industrial pueden ser tan grandes como un refrigerador; Algunos diseños pueden manejar más de 500 amperios de corriente, con un rango de resistencias que se extiende por debajo de 0,04 ohmios. Se utilizan en aplicaciones tales como frenado dinámico y bancos de carga para locomotoras y tranvías, puesta a tierra neutra para distribución de CA industrial, control de cargas para grúas y equipos pesados, pruebas de carga de generadores y filtrado de armónicos para subestaciones eléctricas. [22]
El término resistencia de rejilla se utiliza a veces para describir una resistencia de cualquier tipo conectada a la rejilla de control de un tubo de vacío . Esta no es una tecnología de resistencia; es una topología de circuito electrónico.
Una resistencia puede tener uno o más puntos de toma fijos para que la resistencia se pueda cambiar moviendo los cables de conexión a diferentes terminales. Algunas resistencias de potencia bobinadas tienen un punto de derivación que puede deslizarse a lo largo del elemento de resistencia, lo que permite utilizar una parte mayor o menor de la resistencia.
Cuando se requiere un ajuste continuo del valor de resistencia durante el funcionamiento del equipo, el grifo de resistencia deslizante se puede conectar a una perilla accesible al operador. Un dispositivo de este tipo se llama reóstato y tiene dos terminales.
Un potenciómetro (coloquialmente, pot ) es una resistencia de tres terminales con un punto de toma continuamente ajustable controlado mediante la rotación de un eje o perilla o mediante un control deslizante lineal. [23] El nombre potenciómetro proviene de su función como divisor de voltaje ajustable para proporcionar un potencial variable en el terminal conectado al punto de toma. El control de volumen en un dispositivo de audio es una aplicación común de un potenciómetro. Un potenciómetro típico de baja potencia (ver dibujo) está construido con un elemento de resistencia plano (B) de composición de carbono, película metálica o plástico conductor, con un contacto limpiador elástico de bronce fosforado (C) que se mueve a lo largo de la superficie. Una construcción alternativa es un alambre de resistencia enrollado en una forma, con el limpiador deslizándose axialmente a lo largo de la bobina. [23] Estos tienen menor resolución, ya que a medida que el limpiaparabrisas se mueve la resistencia cambia en pasos iguales a la resistencia de una sola vuelta. [23]
Los potenciómetros multivueltas de alta resolución se utilizan en aplicaciones de precisión. Estos tienen elementos de resistencia enrollados con alambre generalmente enrollados en un mandril helicoidal, con el limpiador moviéndose sobre una pista helicoidal a medida que se gira el control, haciendo contacto continuo con el alambre. Algunos incluyen un revestimiento de resistencia de plástico conductor sobre el cable para mejorar la resolución. Por lo general, ofrecen diez vueltas de sus ejes para cubrir todo su rango. Por lo general, están configurados con diales que incluyen un contador de vueltas simple y un dial graduado, y normalmente pueden alcanzar una resolución de tres dígitos. Las computadoras analógicas electrónicas los utilizaron en cantidad para establecer coeficientes y los osciloscopios de barrido retardado de las últimas décadas incluyeron uno en sus paneles.
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Una caja de décadas de resistencia o caja de sustitución de resistencias es una unidad que contiene resistencias de muchos valores, con uno o más interruptores mecánicos que permiten marcar cualquiera de las diversas resistencias discretas que ofrece la caja. Por lo general, la resistencia es de precisión a alta precisión, variando desde una precisión de grado de calibración/laboratorio de 20 partes por millón hasta un grado de campo del 1%. También se encuentran disponibles cajas económicas con menor precisión. Todos los tipos ofrecen una manera conveniente de seleccionar y cambiar rápidamente una resistencia en trabajos de laboratorio, experimentales y de desarrollo sin necesidad de conectar resistencias una por una, o incluso almacenar cada valor. El rango de resistencia proporcionado, la resolución máxima y la precisión caracterizan la caja. Por ejemplo, una caja ofrece resistencias de 0 a 100 megaohmios, resolución máxima de 0,1 ohmios y precisión del 0,1%. [24]
Hay varios dispositivos cuya resistencia cambia con distintas cantidades. La resistencia de los termistores NTC exhibe un fuerte coeficiente de temperatura negativo, lo que los hace útiles para medir temperaturas. Dado que su resistencia puede ser grande hasta que se les permite calentarse debido al paso de la corriente, también se usan comúnmente para evitar sobretensiones excesivas cuando el equipo está encendido. De manera similar, la resistencia de un humistor varía con la humedad. Un tipo de fotodetector, el fotorresistor , tiene una resistencia que varía con la iluminación.
La galga extensométrica , inventada por Edward E. Simmons y Arthur C. Ruge en 1938, es un tipo de resistencia que cambia de valor con la tensión aplicada. Se puede utilizar una sola resistencia, un par (medio puente) o cuatro resistencias conectadas en una configuración de puente de Wheatstone . La resistencia de tensión se une con adhesivo a un objeto que está sujeto a tensión mecánica . Con el extensímetro y un filtro, amplificador y convertidor analógico/digital, se puede medir la tensión sobre un objeto.
Una invención relacionada, pero más reciente, utiliza un compuesto de túnel cuántico para detectar la tensión mecánica. Por él pasa una corriente cuya magnitud puede variar en un factor de 10 ·12 en respuesta a cambios en la presión aplicada.
El valor de una resistencia se puede medir con un óhmetro , que puede ser una función de un multímetro . Por lo general, las sondas en los extremos de los cables de prueba se conectan a la resistencia. Un óhmetro simple puede aplicar un voltaje de una batería a través de la resistencia desconocida (con una resistencia interna de un valor conocido en serie) produciendo una corriente que impulsa el movimiento del medidor . La corriente, de acuerdo con la ley de Ohm , es inversamente proporcional a la suma de la resistencia interna y la resistencia que se está probando, lo que da como resultado una escala de medidor analógico muy no lineal, calibrada desde el infinito hasta 0 ohmios. En cambio, un multímetro digital, que utiliza electrónica activa, puede pasar una corriente específica a través de la resistencia de prueba. En ese caso, el voltaje generado a través de la resistencia de prueba es linealmente proporcional a su resistencia, que se mide y se muestra. En cualquier caso, los rangos de baja resistencia del medidor pasan mucha más corriente a través de los cables de prueba que los rangos de alta resistencia. Esto permite que los voltajes presentes estén en niveles razonables (generalmente por debajo de 10 voltios) pero aún sean mensurables.
Medir resistencias de bajo valor, como resistencias de fracciones de ohmios, con una precisión aceptable requiere conexiones de cuatro terminales . Un par de terminales aplica una corriente conocida y calibrada a la resistencia, mientras que el otro par detecta la caída de voltaje a través de la resistencia. Algunos óhmetros, milióhmetros e incluso algunos de los mejores multímetros digitales de calidad de laboratorio detectan el uso de cuatro terminales de entrada para este propósito, que pueden usarse con cables de prueba especiales llamados clips Kelvin . Cada uno de los dos clips tiene un par de mordazas aisladas entre sí. Un lado de cada clip aplica la corriente de medición, mientras que las otras conexiones solo sirven para detectar la caída de voltaje. La resistencia se calcula nuevamente utilizando la Ley de Ohm como el voltaje medido dividido por la corriente aplicada.
Las características de las resistencias se cuantifican y reportan utilizando varios estándares nacionales. En los EE. UU., MIL-STD-202 [25] contiene los métodos de prueba relevantes a los que se refieren otras normas.
Existen varias normas que especifican las propiedades de las resistencias para su uso en equipos:
Existen otros estándares MIL-R de adquisiciones militares de los Estados Unidos.
El principal estándar de resistencia, el "ohmio de mercurio", se definió inicialmente en 1884 como una columna de mercurio de 106,3 cm de largo y 1 milímetro cuadrado de sección transversal, a 0 grados Celsius . Las dificultades para medir con precisión las constantes físicas para replicar este estándar dan como resultado variaciones de hasta 30 ppm. A partir de 1900, el ohmio de mercurio fue reemplazado por una placa de manganina mecanizada con precisión . [27] Desde 1990, el estándar internacional de resistencia se basa en el efecto Hall cuantificado descubierto por Klaus von Klitzing , por el que ganó el Premio Nobel de Física en 1985. [28]
Se fabrican resistencias de altísima precisión para calibración y uso en laboratorio . Pueden tener cuatro terminales, utilizando un par para transportar una corriente de operación y el otro par para medir la caída de voltaje; esto elimina los errores causados por caídas de voltaje a través de las resistencias de los cables, porque no fluye carga a través de los cables sensores de voltaje. Es importante en resistencias de pequeño valor (100–0,0001 ohmios) donde la resistencia del cable es significativa o incluso comparable con respecto al valor estándar de resistencia. [29]
Las cajas de resistencias axiales suelen ser de color tostado, marrón, azul o verde (aunque ocasionalmente también se encuentran otros colores, como rojo oscuro o gris oscuro) y muestran de 3 a 6 franjas de colores que indican resistencia (y, por extensión, tolerancia). y puede incluir bandas para indicar el coeficiente de temperatura y la clase de confiabilidad. En las resistencias de cuatro franjas, las dos primeras franjas representan los dos primeros dígitos de la resistencia en ohmios , la tercera representa un multiplicador y la cuarta la tolerancia (que si está ausente, denota ±20%). Para resistencias de cinco y seis franjas, la tercera banda es el tercer dígito, la cuarta es el multiplicador y la quinta es la tolerancia; una sexta franja representa el coeficiente de temperatura. La potencia nominal de la resistencia no suele estar marcada y se deduce de su tamaño.
Las resistencias de montaje en superficie están marcadas numéricamente.
Las resistencias de principios del siglo XX, esencialmente sin aislamiento, se sumergieron en pintura para cubrir todo su cuerpo para codificar por colores. Este color base representaba el primer dígito. Se aplicó un segundo color de pintura a un extremo del elemento para representar un segundo dígito, y un punto (o banda) de color en el medio proporcionó el tercer dígito. La regla era "cuerpo, punta, punto", proporcionando dos dígitos significativos para el valor y el multiplicador decimal, en esa secuencia. La tolerancia predeterminada era ±20%. Las resistencias de tolerancia más estrecha tenían pintura plateada (±10%) o dorada (±5%) en el otro extremo.
Las primeras resistencias se fabricaban en números redondos más o menos arbitrarios; una serie podría tener 100, 125, 150, 200, 300, etc. [30] Las primeras resistencias bobinadas de potencia, como las de tipo esmaltado vítreo marrón, se fabricaban con un sistema de valores preferidos como algunos de los mencionados aquí. Las resistencias fabricadas están sujetas a un cierto porcentaje de tolerancia , y tiene sentido fabricar valores que se correlacionen con la tolerancia, de modo que el valor real de una resistencia se superponga ligeramente con el de sus vecinas. Un espaciado más amplio deja espacios; un espaciado más estrecho aumenta los costos de fabricación e inventario para proporcionar resistencias que sean más o menos intercambiables.
Un esquema lógico es producir resistencias en un rango de valores que aumentan en una progresión geométrica , de modo que cada valor sea mayor que su predecesor por un multiplicador o porcentaje fijo, elegido para igualar la tolerancia del rango. Por ejemplo, para una tolerancia de ±20% tiene sentido tener cada resistencia aproximadamente 1,5 veces su predecesora, cubriendo una década en 6 valores. Más precisamente, el factor utilizado es 1,4678 ≈ , lo que da valores de 1,47, 2,15, 3,16, 4,64, 6,81, 10 para el período de 1 a 10 años (una década es un rango que aumenta en un factor de 10; 0,1 a 1 y 10 a 10). 100 son otros ejemplos); en la práctica se redondean a 1,5, 2,2, 3,3, 4,7, 6,8, 10; seguido de 15, 22, 33, ... y precedido por ... 0,47, 0,68, 1. Este esquema se ha adoptado como la serie E6 de valores numéricos preferidos de IEC 60063 . También existen las series E12 , E24 , E48 , E96 y E192 para componentes de resolución progresivamente más fina, con 12, 24, 48, 96 y 192 valores diferentes dentro de cada década. Los valores reales utilizados se encuentran en las listas de números preferidos de IEC 60063.
Se esperaría que una resistencia de 100 ohmios ±20% tuviera un valor entre 80 y 120 ohmios; sus vecinos E6 son 68 (54–82) y 150 (120–180) ohmios. Se utiliza un espaciado sensible, E6, para componentes de ±20%; E12 para ±10%; E24 para ±5%; E48 para ±2%, E96 para ±1%; E192 para ±0,5% o mejor. Las resistencias se fabrican en valores que van desde unos pocos miliohmios hasta aproximadamente un gigaohmio en rangos IEC60063 apropiados para su tolerancia. Los fabricantes pueden clasificar las resistencias en clases de tolerancia según la medición. En consecuencia, una selección de resistencias de 100 ohmios con una tolerancia de ±10% podría no estar alrededor de 100 ohmios (pero no más del 10% de descuento) como uno esperaría (una curva de campana), sino que estaría en dos grupos: ya sea entre un 5 y un 10 % demasiado alto o entre un 5 y un 10 % demasiado bajo (pero no más cerca de 100 ohmios que eso) porque cualquier resistencia que la fábrica hubiera medido con menos del 5 % de descuento se habría marcado y vendido como resistencias con solo ± 5% de tolerancia o mejor. Al diseñar un circuito, esto puede convertirse en una consideración. Este proceso de clasificación de piezas basado en mediciones de posproducción se conoce como "binning" y se puede aplicar a otros componentes además de las resistencias (como grados de velocidad para CPU).
Las resistencias montadas en superficie de tamaños más grandes (métrico 1608 y superiores) están impresas con valores numéricos en un código relacionado con el utilizado en las resistencias axiales. Las resistencias de tecnología de montaje superficial (SMT) de tolerancia estándar están marcadas con un código de tres dígitos, en el que los dos primeros dígitos son los dos primeros dígitos significativos del valor y el tercer dígito es la potencia de diez (el número de ceros). . Por ejemplo:
Las resistencias inferiores a 100 Ω se escriben: 100, 220, 470. El cero final representa diez elevado a la potencia cero, que es 1. Por ejemplo:
A veces estos valores están marcados como 10 o 22 para evitar errores.
Las resistencias inferiores a 10 Ω tienen 'R' para indicar la posición del punto decimal ( punto de base ). Por ejemplo:
000 y 0000 a veces aparecen como valores en enlaces de cero ohmios de montaje en superficie , ya que tienen (aproximadamente) resistencia cero.
Las resistencias de montaje superficial más recientes son demasiado pequeñas, físicamente, para permitir la aplicación de marcas prácticas.
Muchas resistencias de precisión, incluidas las de montaje en superficie y de cable axial, están marcadas con un código de cuatro dígitos. Los primeros tres dígitos son las cifras significativas y el cuarto es la potencia de diez. Por ejemplo:
Las resistencias de precisión de cables axiales suelen utilizar bandas de códigos de colores para representar este código de cuatro dígitos.
El antiguo sistema de marcado EIA-96 ahora incluido en IEC 60062:2016 es un sistema de marcado más compacto destinado a resistencias físicamente pequeñas de alta precisión. Utiliza un código de dos dígitos más una letra (un total de tres caracteres alfanuméricos) para indicar valores de resistencia del 1% con tres dígitos significativos. [31] Los dos dígitos (de "01" a "96") son un código que indica una de las 96 "posiciones" en la serie estándar E96 de valores de resistencia del 1%. La letra mayúscula es un código que indica un multiplicador de potencia de diez . Por ejemplo, la marca "01C" representa 10 kOhm; "10C" representa 12,4 kOhmios; "96C" representa 97,6 kOhmios. [32] [33] [34] [35] [36]
Pasos para conocer los valores de resistencia o capacitancia: [37]
Si una resistencia está codificada:
Hay varios patrones de uso comunes en los que se configuran comúnmente las resistencias. [38]
Las resistencias se utilizan comúnmente para limitar la cantidad de corriente que fluye a través de un circuito. Muchos componentes de circuitos (como los LED) requieren que la corriente que fluye a través de ellos sea limitada, pero no limitan por sí mismos la cantidad de corriente. Por lo tanto, muchas veces se agregarán resistencias para evitar situaciones de sobrecorriente. Además, a menudo los circuitos no necesitan la cantidad de corriente que de otro modo fluiría a través de ellos, por lo que se pueden agregar resistencias para limitar el consumo de energía de dichos circuitos.
A menudo, los circuitos necesitan proporcionar varios voltajes de referencia para otros circuitos (como comparadores de voltaje). Se puede obtener un voltaje fijo tomando dos resistencias en serie entre otros dos voltajes fijos (como el voltaje de fuente y tierra). El terminal entre las dos resistencias tendrá un voltaje entre los dos voltajes, a una distancia lineal basada en las resistencias relativas de las dos resistencias. Por ejemplo, si una resistencia de 200 ohmios y una resistencia de 400 ohmios se colocan en serie entre 6 V y 0 V, el terminal entre ellas estará a 4 V.
Cuando un circuito no está conectado a la alimentación, el voltaje de ese circuito no es cero sino indefinido (puede verse influenciado por voltajes anteriores o por el entorno). Una resistencia pull-up o pull-down proporciona voltaje para un circuito cuando de otro modo está desconectado (como cuando no se presiona un botón o un transistor no está activo). Una resistencia pull-up conecta el circuito a un voltaje positivo alto (si el circuito requiere un voltaje predeterminado positivo alto) y una resistencia pull-down conecta el circuito a un voltaje bajo o a tierra (si el circuito requiere un voltaje predeterminado bajo). El valor de la resistencia debe ser lo suficientemente alto para que, cuando el circuito esté activo, la fuente de voltaje a la que está conectado no influya demasiado en la función del circuito, pero lo suficientemente bajo para que "tire" lo suficientemente rápido cuando el circuito esté desactivado. y no altera significativamente el voltaje del valor de la fuente.
Al amplificar señales débiles, a menudo es necesario minimizar el ruido electrónico , particularmente en la primera etapa de amplificación. Como elemento disipador, incluso una resistencia ideal produce naturalmente un voltaje o ruido que fluctúa aleatoriamente a través de sus terminales. Este ruido de Johnson-Nyquist es una fuente de ruido fundamental que depende únicamente de la temperatura y la resistencia de la resistencia y se predice mediante el teorema de fluctuación-disipación . El uso de un valor mayor de resistencia produce un ruido de voltaje mayor, mientras que un valor menor de resistencia genera más ruido actual, a una temperatura determinada.
El ruido térmico de una resistencia práctica también puede ser mayor que la predicción teórica y ese aumento suele depender de la frecuencia. El exceso de ruido de una resistencia práctica se observa sólo cuando la corriente fluye a través de ella. Esto se especifica en unidades de μV/V/década: μV de ruido por voltio aplicado a través de la resistencia por década de frecuencia. El valor μV/V/década se da frecuentemente en dB, de modo que una resistencia con un índice de ruido de 0 dB exhibe 1 μV (rms) de exceso de ruido por cada voltio a través de la resistencia en cada década de frecuencia. Por tanto, el exceso de ruido es un ejemplo de ruido 1/ f . Las resistencias de película gruesa y composición de carbono generan más ruido excesivo que otros tipos a bajas frecuencias. A menudo se utilizan resistencias bobinadas y de película delgada por sus mejores características de ruido. Las resistencias de composición de carbono pueden exhibir un índice de ruido de 0 dB, mientras que las resistencias de lámina metálica a granel pueden tener un índice de ruido de −40 dB, lo que generalmente hace que el exceso de ruido de las resistencias de lámina metálica sea insignificante. [39] Las resistencias de montaje en superficie de película delgada generalmente tienen menos ruido y mejor estabilidad térmica que las resistencias de montaje en superficie de película gruesa. El exceso de ruido también depende del tamaño: en general, el exceso de ruido se reduce a medida que aumenta el tamaño físico de una resistencia (o se utilizan varias resistencias en paralelo), ya que las resistencias que fluctúan independientemente de los componentes más pequeños tienden a promediarse.
Si bien no es un ejemplo de "ruido" per se, una resistencia puede actuar como un termopar , produciendo un pequeño diferencial de voltaje de CC a través de ella debido al efecto termoeléctrico si sus extremos están a diferentes temperaturas. Esta tensión continua inducida puede degradar la precisión de los amplificadores de instrumentación en particular. Estos voltajes aparecen en las uniones de los cables de la resistencia con la placa de circuito y con el cuerpo de la resistencia. Las resistencias de película metálica comunes muestran tal efecto a una magnitud de aproximadamente 20 μV/°C. Algunas resistencias de composición de carbono pueden exhibir compensaciones termoeléctricas de hasta 400 μV/°C, mientras que las resistencias especialmente construidas pueden reducir este número a 0,05 μV/°C. En aplicaciones donde el efecto termoeléctrico puede llegar a ser importante, se debe tener cuidado de montar las resistencias horizontalmente para evitar gradientes de temperatura y tener en cuenta el flujo de aire sobre la placa. [40]
La tasa de falla de las resistencias en un circuito diseñado adecuadamente es baja en comparación con otros componentes electrónicos como semiconductores y capacitores electrolíticos. El daño a las resistencias ocurre con mayor frecuencia debido al sobrecalentamiento cuando la potencia promedio entregada excede en gran medida su capacidad para disipar el calor (especificada por la potencia nominal de la resistencia ). Esto puede deberse a una falla externa al circuito, pero frecuentemente es causado por la falla de otro componente (como un transistor que hace un cortocircuito) en el circuito conectado a la resistencia. Operar una resistencia demasiado cerca de su potencia nominal puede limitar su vida útil o causar un cambio significativo en su resistencia. Un diseño seguro generalmente utiliza resistencias sobrevaloradas en aplicaciones de energía para evitar este peligro.
Las resistencias de película delgada de baja potencia pueden dañarse por estrés de alto voltaje a largo plazo, incluso por debajo del voltaje máximo especificado y por debajo de la potencia nominal máxima. Este suele ser el caso de las resistencias de arranque que alimentan un circuito integrado de fuente de alimentación de modo conmutado . [ cita necesaria ]
Cuando se sobrecalientan, las resistencias de película de carbono pueden disminuir o aumentar su resistencia. [41] Las resistencias de composición y película de carbono pueden fallar (circuito abierto) si funcionan cerca de su máxima disipación. Esto también es posible, pero menos probable, con resistencias bobinadas y de película metálica.
También puede haber fallas en las resistencias debido a tensiones mecánicas y factores ambientales adversos, incluida la humedad. Si no están encerradas, las resistencias bobinadas pueden corroerse.
Se sabe que las resistencias de montaje superficial fallan debido a la entrada de azufre en la composición interna de la resistencia. Este azufre reacciona químicamente con la capa de plata para producir sulfuro de plata no conductor. La impedancia de la resistencia llega al infinito. Las resistencias anticorrosivas y resistentes al azufre se venden para aplicaciones automotrices, industriales y militares. ASTM B809 es un estándar industrial que prueba la susceptibilidad de una pieza al azufre.
Se puede encontrar un modo de falla alternativo cuando se utilizan resistencias de gran valor (cientos de kiloohmios y más). Las resistencias no solo se especifican con una disipación de potencia máxima, sino también con una caída de voltaje máxima. Exceder este voltaje hace que la resistencia se degrade lentamente reduciendo su resistencia. La caída de voltaje a través de resistencias de gran valor se puede exceder antes de que la disipación de potencia alcance su valor límite. Dado que el voltaje máximo especificado para las resistencias que se encuentran comúnmente es de unos pocos cientos de voltios, esto es un problema sólo en aplicaciones donde se encuentran estos voltajes.
Las resistencias variables también pueden degradarse de una manera diferente, lo que generalmente implica un contacto deficiente entre el limpiador y el cuerpo de la resistencia. Esto puede deberse a suciedad o corrosión y normalmente se percibe como un "crujido" a medida que fluctúa la resistencia de contacto ; Esto se nota especialmente cuando se ajusta el dispositivo. Esto es similar al crujido causado por un mal contacto en los interruptores y, al igual que los interruptores, los potenciómetros son hasta cierto punto autolimpiantes: pasar el limpiador a través de la resistencia puede mejorar el contacto. Los potenciómetros que rara vez se ajustan, especialmente en ambientes sucios o hostiles, son los que tienen más probabilidades de desarrollar este problema. Cuando la autolimpieza del contacto es insuficiente, normalmente se puede mejorar mediante el uso de un spray limpiador de contactos (también conocido como "limpiador de sintonizadores"). El ruido crepitante asociado al girar el eje de un potenciómetro sucio en un circuito de audio (como el control de volumen) se acentúa enormemente cuando está presente un voltaje de CC no deseado, lo que a menudo indica la falla de un capacitor de bloqueo de CC en el circuito.
