2.5: Resistencias

¿Qué es una Resistencia?

Los componentes especiales llamados resistencias están hechos con el propósito expreso de crear una cantidad precisa de resistencia para su inserción en un circuito. Por lo general, están construidos de alambre de metal o carbono y están diseñados para mantener un valor de resistencia estable en una amplia gama de condiciones ambientales. A diferencia de las lámparas, no producen luz, pero sí producen calor ya que la energía eléctrica es disipada por ellas en un circuito de trabajo. Típicamente, sin embargo, el propósito de una resistencia no es producir calor utilizable, sino simplemente proporcionar una cantidad precisa de resistencia eléctrica.

Símbolos esquemáticos de resistencias

El símbolo esquemático más común para una resistencia es una línea en zig-zag:

Los valores de resistencia en ohmios generalmente se muestran como un número adyacente, y si hay varias resistencias presentes en un circuito, se etiquetarán con un número de identificador único como R ₁, _R2, R ₃, etc. Como puede ver, los símbolos de resistencia se pueden mostrar ya sea horizontalmente o verticalmente:

Las resistencias reales no se parecen en nada al símbolo de zig-zag. En cambio, parecen pequeños tubos o cilindros con dos cables que sobresalen para la conexión a un circuito. Aquí hay un muestreo de diferentes tipos y tamaños de resistencias:

Para mantener más con su apariencia física, un símbolo esquemático alternativo para una resistencia parece una pequeña caja rectangular:

También se puede demostrar que las resistencias tienen resistencias variables en lugar de fijas. Esto podría ser con el propósito de describir un dispositivo físico real diseñado con el propósito de proporcionar una resistencia ajustable, o podría ser para mostrar algún componente que simplemente tiene una resistencia inestable:

De hecho, cada vez que vea un símbolo de componente dibujado con una flecha diagonal a través de él, ese componente tiene una variable en lugar de un valor fijo. Este símbolo “modificador” (la flecha diagonal) es convención de símbolo electrónico estándar.

Resistencias Variables

Las resistencias variables deben tener algunos medios físicos de ajuste, ya sea un eje giratorio o una palanca que se pueda mover para variar la cantidad de resistencia eléctrica. Aquí hay una fotografía que muestra algunos dispositivos llamados potenciómetros, los cuales pueden ser utilizados como resistencias variables:

Clasificación de potencia de las resistencias

Debido a que las resistencias disipan la energía térmica a medida que las corrientes eléctricas a través de ellas superan la “fricción” de su resistencia, las resistencias también se clasifican en términos de cuánta energía térmica pueden disipar sin sobrecalentarse y sufrir daños. Naturalmente, esta potencia nominal se especifica en la unidad física de “vatios”. La mayoría de las resistencias que se encuentran en dispositivos electrónicos pequeños, como las radios portátiles, tienen una clasificación de 1/4 (0.25) vatios o menos. La potencia nominal de cualquier resistencia es aproximadamente proporcional a su tamaño físico. Observe en la primera fotografía de resistencias cómo las clasificaciones de potencia se relacionan con el tamaño: cuanto mayor sea la resistencia, mayor será su clasificación de disipación de potencia. Además, ¡ten en cuenta cómo las resistencias (en ohmios) no tienen nada que ver con el tamaño!

Si bien puede parecer inútil ahora tener un dispositivo que no haga nada más que resista la corriente eléctrica, las resistencias son dispositivos extremadamente útiles en los circuitos. Debido a que son simples y de uso tan común en todo el mundo de la electricidad y la electrónica, dedicaremos una cantidad considerable de tiempo analizando circuitos compuestos por nada más que resistencias y baterías.

¿Cómo son útiles las resistencias?

Para una ilustración práctica de la utilidad de las resistencias, examine la fotografía a continuación. Es una imagen de una placa de circuito impreso, o PCB: un conjunto hecho de capas intercaladas de tablero de fibra fenólica aislante y tiras de cobre conductoras, en las que los componentes pueden insertarse y asegurarse mediante un proceso de soldadura a baja temperatura llamado “soldadura”. Los diversos componentes de esta placa de circuito se identifican mediante etiquetas impresas. Las resistencias se denotan por cualquier etiqueta que comience con la letra “R”.

Esta placa de circuito en particular es un accesorio de computadora llamado “módem”, que permite la transferencia de información digital a través de líneas telefónicas. Hay al menos una docena de resistencias (todas con una disipación de potencia de 1/4 vatio) que se pueden ver en la placa de este módem. Cada uno de los rectángulos negros (llamados “circuitos integrados” o “chips”) contienen su propia matriz de resistencias para sus funciones internas, también.

Otro ejemplo de placa de circuito muestra resistencias empaquetadas en unidades aún más pequeñas, llamadas “dispositivos de montaje en superficie”. Esta placa de circuito en particular es la parte inferior de una unidad de disco duro de computadora personal, y una vez más las resistencias soldadas a ella se designan con etiquetas que comienzan con la letra “R”:

Hay más de cien resistencias de montaje en superficie en esta placa de circuito, y este recuento, por supuesto, no incluye el número de resistencias internas a los “chips” negros. Estas dos fotografías deberían convencer a cualquiera de que las resistencias, dispositivos que “simplemente” se oponen al flujo de los electrónicos, ¡son componentes muy importantes en el ámbito de la electrónica!

“Cargar” en diagramas esquemáticos

En diagramas esquemáticos, los símbolos de resistencia a veces se utilizan para ilustrar cualquier tipo general de dispositivo en un circuito haciendo algo útil con energía eléctrica. Cualquier dispositivo eléctrico no específico generalmente se llama carga, así que si ve un diagrama esquemático que muestra un símbolo de resistencia etiquetado como “carga”, especialmente en un diagrama de circuito tutorial que explica algún concepto no relacionado con el uso real de la energía eléctrica, ese símbolo puede ser una especie de taquigrafía representación de otra cosa más práctica que una resistencia.

Análisis de circuitos de resistencias

Para resumir lo que hemos aprendido en esta lección, analicemos el siguiente circuito, determinando todo lo que podamos a partir de la información dada:

Todo lo que nos han dado aquí para empezar es el voltaje de la batería (10 voltios) y la corriente del circuito (2 amperios). No conocemos la resistencia de la resistencia en ohmios ni la potencia disipada por ella en vatios. Al examinar nuestra variedad de ecuaciones de la Ley de Ohm, encontramos dos ecuaciones que nos dan respuestas a partir de cantidades conocidas de voltaje y corriente:

Insertando las cantidades conocidas de voltaje (E) y corriente (I) en estas dos ecuaciones, podemos determinar la resistencia del circuito (R) y la disipación de potencia (P):

Para las condiciones del circuito de 10 voltios y 2 amperios, la resistencia de la resistencia debe ser de 5 Ω. Si estuviéramos diseñando un circuito para operar a estos valores, tendríamos que especificar una resistencia con una potencia nominal mínima de 20 vatios, o de lo contrario se sobrecalentaría y fallaría.

Materiales de resistencia

Las resistencias se pueden encontrar en una variedad de materiales diferentes, cada uno con sus propias propiedades y áreas específicas de uso. La mayoría de ingenieros eléctricos utilizan los tipos que se encuentran a continuación:

Enrollado de alambre (WW)

Las resistencias enrolladas de alambre se fabrican enrollando alambre de resistencia alrededor de un núcleo no conductor en espiral. Por lo general, se producen para aplicaciones de alta precisión y potencia. El núcleo generalmente está hecho de cerámica o fibra de vidrio y el cable de resistencia está hecho de aleación de níquel-cromo y no son adecuados para aplicaciones con frecuencias superiores a 50kHz. El bajo nivel de ruido y la estabilidad con respecto a las variaciones de temperatura son características estándar de las Resistencias de Alambre enrollado. Los valores de resistencia están disponibles desde 0.1 hasta 100 kW, con precisiones entre 0.1% y 20%.

Película Metálica

El nicromo o el nitruro de tantalio se utilizan típicamente para las resistencias de película metálica. Una combinación de un material cerámico y un metal típicamente conforman el material resistivo. El valor de resistencia se cambia cortando un patrón en espiral en ellos película, al igual que la película de carbono con un láser o abrasivo. Las resistencias de película metálica suelen ser menos estables sobre la temperatura que las resistencias enrolladas con alambre, pero manejan mejor las frecuencias más altas.

Película de Óxido Metálico

Las resistencias de óxido metálico utilizan óxidos metálicos como el óxido de estaño, lo que las hace ligeramente diferentes de las resistencias de película metálica. Estas resistencias son confiables y estables y funcionan a temperaturas más altas que las resistencias de película metálica. Debido a esto, las resistencias de película de óxido metálico se utilizan en aplicaciones que requieren alta resistencia.

Foil

Desarrollada en la década de 1960, la resistencia de lámina sigue siendo uno de los tipos de resistencia más precisos y estables que encontrará y se utilizan para aplicaciones con requisitos de alta precisión. Un sustrato cerámico que tiene una lámina metálica delgada a granel cementada a él forma el elemento resistivo. Las resistencias de lámina cuentan con un coeficiente de resistencia de temperatura muy bajo.

Composición de Carbono (CCR)

Hasta la década de 1960, las resistencias de composición de carbono eran el estándar para la mayoría de las aplicaciones. Son confiables, pero no muy precisos (su tolerancia no puede ser mejor que alrededor del 5%). Se utiliza una mezcla de partículas finas de carbono y material cerámico no conductor para el elemento resistivo de las Resistencias CCR. La sustancia se moldea en forma de cilindro y se hornea. Las dimensiones del cuerpo y la relación de carbono a material cerámico determinan el valor de resistencia. Más carbono utilizado en el proceso significa que habrá una menor resistencia. Las resistencias CCR siguen siendo útiles para ciertas aplicaciones debido a su capacidad para soportar pulsos de alta energía, un buen ejemplo de aplicación sería en una fuente de alimentación.

Película de Carbono

Las resistencias de película de carbono tienen una película delgada de carbono (con un corte en espiral en la película para aumentar la trayectoria resistiva) en un núcleo cilíndrico aislante. Esto permite que el valor de resistencia sea más preciso y también aumenta el valor de resistencia. Las resistencias de película de carbono son mucho más precisas que las resistencias de composición de carbono. Resistencias especiales de película de carbono se utilizan en aplicaciones que requieren alta estabilidad de pulso.

Indicadores Clave de Desempeño (KPI)

Los KPI para cada material de resistencia se pueden encontrar a continuación:

Revisar

Los dispositivos llamados resistencias están construidos para proporcionar cantidades precisas de resistencia en los circuitos eléctricos. Las resistencias están clasificadas tanto en términos de su resistencia (ohmios) como de su capacidad para disipar la energía térmica (vatios).

• Las clasificaciones de resistencia de resistencia no se pueden determinar a partir del tamaño físico de las resistencias en cuestión, aunque las clasificaciones de potencia aproximadas sí pueden. Cuanto mayor sea la resistencia, más potencia podrá disiparse de manera segura sin sufrir daños.
• Cualquier dispositivo que realice alguna tarea útil con energía eléctrica se conoce generalmente como carga. A veces, los símbolos de resistencia se utilizan en diagramas esquemáticos para designar una carga no específica, en lugar de una resistencia real.