Componentes pasivos. Diferencias entre componentes reales e ideales

Transcripción

1 Componentes pasivos Diferencias entre componentes reales e ideales

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4 Componentes Electrónicos Pasivos RESISTORES CONSTRUCCIÓN VALOR RELACIÓN V/I SMD TERMINALES FIJOS VARIABLES LINEALES NO LINEALES

5 Componentes Electrónicos Pasivos Resistores lineales fijos Resistores lineales fijos 5

6 Características Técnicas Generales Resistencia nominal Coeficiente de Tª Tolerancia Característica de frec. Coeficiente de Resistencia de tensión aislamiento Potencia nominal Nivel de ruido Tensión nominal Resistencia crítica Tensión máxima Fiabilidad Temperatura nominal Derivas Temperatura máxima Resistores lineales fijos 6

7 Características Técnicas Generales Resistencia nominal Valor nominal del resistor marcado en el mismo componente (Código de colores) Resistores lineales fijos 7

8 Tolerancia Resistores lineales fijos Características Técnicas Generales Es la diferencia entre las desviaciones superior e inferior sobre el valor nominal de resistencia. Valores normales ± 20%, ± 10%, ±5% Resistores de precisión: ± 2%, ± 1%, ± 0,5%, ± 0,25%, ± 0,1% Resistores lineales fijos 8

9 Características Técnicas Generales Coeficiente de tensión Es la relación entre la variación relativa de la resistencia y la variación de la tensión que la ha provocado Coef.de tension = ΔR R ΔV = ΔR R ΔV 10 6 ppm / V Resistores lineales fijos 9

10 Características Técnicas Generales Potencia nominal Es la potencia que puede disipar de una manera continua sin sufrir deterioro a la temperatura nominal Valores normalizados: 1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 4, 8, 16 W... Resistores lineales fijos 10

11 Características Técnicas Generales Tensión nominal Es la tensión continua correspondiente a la disipación nominal y a la resistencia nominal U n = P n R n Resistores lineales fijos 11

12 Características Técnicas Generales Tensión máxima de funcionamiento Es la tensión continua o alterna eficaz a 50 Hz, de la cual no se puede pasar en servicio continuo a la temperatura nominal de funcionamiento Resistores lineales fijos 12

13 Características Técnicas Generales Temperatura nominal de funcionamiento Es la temperatura ambiente a la cual se define la disipación nominal Resistores lineales fijos 13

14 Características Técnicas Generales Temperatura máxima de funcionamiento Es la temperatura ambiente máxima a la que se puede usar el resistor Pn en % 100% Tmax 0% Tamb Resistores lineales fijos 14

15 Características Técnicas Generales Coeficiente de temperatura Es el término cuyo valor nos da la variación de la resistencia con la temperatura R = R R = R ( 1+ α t1) ( 1+ α t ) 0 2 ( t t ) = R α Δt R2 R1 = ΔR = R0 α α = 1 R 0 ΔR Δt si Δt 0 1 dr α = R dt 0 α = 1 R 0 dr 10 dt 6 ppm/ 0 C El signo expresa el sentido de variación si α > 0 R cuando t si α < 0 R cuando t Resistores lineales fijos 15

16 Características Técnicas Generales Característica de frecuencia Es una característica gráfica que representa la función R = f(f) Resistencia de aislamiento Es la resistencia a la cual son aplicables los ensayos de resistencia de aislamiento y rigidez dieléctrica Resistores lineales fijos 16

17 Características Técnicas Generales Nivel de ruido de fondo Es la tensión parásita que aparece en bornes del resistor debida al efecto de ruido. Se expresa en μv por voltio aplicado en bornes (μv/v) Resistores lineales fijos 17

18 Características Técnicas Generales Resistencia crítica Es el valor de la resistencia utilizada a la potencia nominal que provoca una caída de tensión igual a la máxima P max P n U = R 2 n n U max U n U n = P R n R c Resistencias R n R c Resistencias Resistores lineales fijos 18

19 Fiabilidad Resistores lineales fijos Características Técnicas Generales Es el valor de tasa media entre fallos del componente Derivas Es la variación relativa de la resistencia. Puede ser producida por degradación ambiental u operativa (p.e. almacenamiento prolongado) Resistores lineales fijos 19

20 Características Técnicas Generales Factor de calidad Q y disipación o pérdidas D Nos da una idea del valor de las componentes parásitas de la impedancia del resistor ϕ Q = tgϕ = X ESR X D = tgδ = ESR X Resistores lineales fijos 20

21 Series de valores Se establecen según la expresión aproximada: R ( 1+ 2 ) 2 n+ 1 = Rn T ± Donde T es la tolerancia en tanto por uno, admitiendo un error de 2 dígitos significativos El sistema de valores normalizados por la C.E.I. fue ideado por Charles Renard en 1870 para el ejército francés, se basa en los números generados por una progresión geométrica que repite sus valores en todas las décadas Resistores lineales fijos 21

22 Series de valores n 1 La serie viene dada por la expresión N = a r siendo N el término enésimo, a el primer término, r la razón y n el número k de términos. Tomando y a = 1, la expresión queda r = 10 N = ( ) n k 10 1 Para k = 6 se obtiene la serie E6 de tolerancia 20%, la serie E12 es de 10%, la E24 del 5%, la E96 del 1% Resistores lineales fijos 22

23 SERIE DE VALORES STANDARD EN UNA DECADA PARA RESISTENCIAS Y CAPACIDADES Según IEC publicación 63. E24 (5%) E12 (10%) E6 (20%) E Resistores lineales fijos 23

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25 Tipos de resistores Resistores no bobinados Aglomerados Capa de carbón Película metálica Resistores bobinados De potencia De precisión Resistores lineales fijos 25

26 Resistores no bobinados Resistores aglomerados Elemento resistivo moldeado Marcas del código de colores Terminal de salida acabado en cono de anclaje Protección exterior (baquelita) Resistores lineales fijos 26

27 Resistores aglomerados Circuito equivalente L algunas decenas de nh C pf (a más potencia, mayor) Z = ESR + jx R ESR = ω C R L Q = CR ω R 2 Resistores lineales fijos 27

28 Resistores aglomerados Gran robustez Inexistencia de inducción propia Tensión de ruido elevada Resistencia decrece cuando f y U aumentan Rn de 10Ω a 22MΩ Tol: 20%, 10% (5%) Pn de 1/4W a 4W Um 250, 350 y 500V C. T C. T. < 0 < < / V P / V P n n > 0,5W 0,5W Coef. Tª <0 casi 0 si Rn<10KΩ Tª func. -55ºC a 105ºC Tensión de ruido de 2μV/V a 6μV/V Característica de frecuencia: El valor óhmico disminuye con f (>1MHz) Fiabilidad: período de envejecimiento malo Resistores lineales fijos 28

29 Resistores aglomerados y de capa metálica Resistores lineales fijos 29

30 Resistores no bobinados Resistores de capa Casquillo Ranura helicoidal Recubrimiento de protección Capa de carbón (óxido metálico o metal) Terminales de conexión Resistores lineales fijos 30

31 Resistores de capa Circuito equivalente L nH C pf Z = ESR + jx R ESR = ω C R L Q = CR ω R 2 Resistores lineales fijos 31

32 Resistores de capa de carbón Poco ruido. Capacidad despreciable R=cte f(f,u) Rn de 1Ω a 100MΩ Tol: 10% y 5% (2,1 y 0,5%) Pn de 1/8W a 6W Um de 150V a 1KV 6 C. T. < / V Capa depositada es frágil, soporta mal las sobrecargas α /º C hasta /º C 6 6 Tª func. -55ºC a 125ºC (>40ºC ojo!) Tensión de ruido de 0,04μV/V Característica de frecuencia: El valor óhmico disminuye con f (>100MHz) Resistores lineales fijos 32

33 Resistores de capa de óxidos metálicos Por su estabilidad, bajo nivel de ruido y coeficiente de temperatura se pueden emplear en circuitos exigentes (amplificadores de bajo ruido, circuitos lógicos ) Rn de 10Ω a 4,3MΩ Tol: 5%, 2% y 1%) Pn de 1/8W a 4W Um V 5 C. T / V α ± Tª max. +200ºC /º C Tensión de ruido despreciable Característica de frecuencia: El valor óhmico disminuye con f (>100MHz) Fiabilidad: excelente, gran estabilidad (deriva inferior a 1%) Resistores lineales fijos 33

34 Resistores de capa Resistores lineales fijos 34

35 Resistores de película metálica delgada (Thin-Film) Rn de 1Ω a 100MΩ Tol: 5%, 2%, 1%, 0,5% y 0,25% Pn de 1/16W a 2W Um 150V a 5KV α = /º C Tª func. De -55 a +155ºC Tensión de ruido < 0,02μV/V entre 0 y 10 KHz Característica de frecuencia: La variación de resistencia entre 0 y 100MHz es<10% Fiabilidad: excelente, gran estabilidad (deriva inferior a 0,3%) Resistores lineales fijos 35

36 Resistores bobinados de potencia Para realizar estos componentes se emplean como soportes núcleos cerámicos sobre los que se arrollan hilos de materiales resistivos (metales o aleaciones) La aleación de Ni-Cr (80/20) es la más empleada Deben soportar disipaciones de potencia elevadas sin que se produzca ninguna variación estructural en el hilo, soporte y aislamiento Resistores lineales fijos 36

37 Resistores bobinados Circuito equivalente L 100nH 25μH C 2 14 pf Z = ESR + jx ESR = 2 1+ ω Q L R R C CR CR ω 2 ( 2L) para Q = 0 L = R C para ESR = R 2L = R 2 2 C Resistores lineales fijos 37

38 Resistores bobinados de potencia Soporte: Constituido por un cuerpo aislante de porcelana, esteatita o aluminio aglomerado (el aluminio tiene una conductividad térmica siete veces superior a la esteatita) Recubrimiento: Pintura cocida. Máxima temperatura de cuerpo 125ºC Cemento. Pueden funcionar hasta 175ºC (clase B) y 260ºC (clase A) Vitrificados. Soportan de 350ºC a 400ºC Resistores lineales fijos 38

39 Resistores bobinados de potencia Modelos comerciales Desnudos gran público: Valores entre una fracción de ohmio y 1KΩ. Potencias entre 8 y 500W. Semi-vitrificados de pequeño valor óhmico y elevada potencia de disipación. Los valores están comprendidos entre 0,07Ω y 68Ω, las potencias entre 100 y 1KW Recubiertos de laca a base de siliconas. Valores entre 0,5Ω y 68Ω. Potencias entre 1,5 y 10W Cementados. De 1 a 10KΩ para 10W y de 10 a 100KΩ para 500W Ajustables vitrificados. Tª máxima de 275ºC. Valores entre 33 y 680 Ω para 13W y entre 330 y 15KΩ para 180W. Vitrificados de salidas axiales. Entre 3,3 y 4,7KΩ en 2W y hasta 56KΩ para 36W Resistores lineales fijos 39

40 Resistores bobinados de potencia Características generales Rn: de 1Ω a 180KΩ, según los modelos Tolerancia: 5%, 10% (3%) Pn: de 1 a 500W Un: Depende de la longitud del cuerpo 7V/mm para resistores desnudos o pintados 12V/mm para vitrificados Temperatura máxima: 260ºC (clase A), 175ºC (clase B) y 125ºC (clase C) A partir de 80ºC no se puede pasar de un 40% de Pn. Si no se emplean a más de un 50% de Pn su fiabilidad es elevada durante su vida útil Resistores lineales fijos 40

41 Resistores bobinados de precisión Estos componentes se utilizan para precisiones superiores al 1%, estabilidad absoluta y ausencia total de ruido de fondo. Se consideran material profesional y su costo es elevado. Materiales empleados: 6 Cuproniquel : ρ = 49μΩ / cm; α = /º C 6 Constantan : ρ = 42μΩ / cm; α = /º C 6 Manganina : ρ = 48,2μΩ / cm; α = /º C Resistores lineales fijos 41

42 Resistores bobinados de precisión Características generales Rn: de 0,1Ω a 1MΩ Tol: 1%, 0,5%, 0,25%, 0,1% Pn: de 1/8W a 8W Um: de 15 a 2000V según Rn Tªmax: 105ºC Tensión de ruido: despreciable Fiabilidad: buena a menos del 50% de Pn Resistores lineales fijos 42

43 Resistores especiales Resistores lineales fijos 43

44 Aplicaciones generales de resistores Resistencia K 10K 100K 1M 10M 100M 1G 10G 100G 100V 1KV Tensión 10KV 100Kv 1/4W 1/2W 1W Potencia Propiedades R. Bobinados de potencia Soportan temperaturas elevadas R. Ordinarios R. Bobinados de precisión R. Aglomerados R. de capa Estables en función de la temperatura. No inductivos No inductivos y sí capacitivos. Soportan elevadas sobrecargas Resistencia independiente de U y f. No capacitivos R. de capa metálica Con enfriamiento por agua Estables con el tiempo R. Especiales R. para U elevadas R. para A.F. Hasta 2KW enfriado por agua No utilizable en A.F. Utilizable hasta MHz R. de valor elevado Para aparatos de medida Resistores lineales fijos 44

45 Resistores de propósito general 5% Resistores de precisión 1% Resistores lineales fijos 45

46 Resistores de potencia de hilo arrollado de 3, 7 y 20W Resistores de potencia de película metálica 5% 1W Resistores de potencia de hilo arrollado de 2, 3 y 5W Resistores lineales fijos 46

47 Resistores de potencia de hilo arrollado Resistores lineales fijos 47