RESISTENCIAS NO LINEALES INTRODUCCIÓN

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1 RESISTENCIAS NO LINEALES INTRODUCCIÓN Existen resistencias cuyo valor óhmico no es constante, sino que dependen de una magnitud no mecánica externa a ellas, como la temperatura, la tensión o la intensidad de la luz. Éstas resistencias reciben el nombre de resistencias no lineales, puesto que su valor óhmico es alterable y sus características I = f(v) no es una recta. Existen cuatro tipos de resistencias no lineales. 1. resistencias VDR. 2. resistencias NTC. 3. resistencias PTC. 4. resistencias LDR. Éstas pertenecen al grupo de los semiconductores, si bien su comportamiento en los circuitos electrónicos depende de magnitudes diferentes; así, las resistencias NTC y PTC dependen de la temperatura, mientras que las VDR dependen de la tensión aplicada y las LDR de la intensidad luminosa incidente sobre su cuerpo. RESISTENCIAS VDR DE CARBURO DE SILICIO Las VDR (voltaje dependent resistor), también llamadas varistores, son resistencias dependientes de la tensión, es decir, su valor varía con la tensión. Son componentes que van a variar su valor óhmico de acuerdo con el valor de la tensión aplicada en sus extremos. El material utilizado en la fabricación de las VDR es, principalmente, el carburo de silicio. La dependencia de la tensión es debida a la resistencia de contacto entre dos cristales de carburo. Las propiedades eléctricas de las resistencias VDR dependen del carburo de silicio, y el conglomerado prensado formado por una red de resistencias conectadas en serie y en paralelo mediante contactos en la estructura cristalina. La forma definitiva se consigue prensando los granos de carburo de silicio junto con un componente cerámico, en forma de varillas o disco. Características técnicas del VDR Como ya se sabe, el valor óhmico del VDR con la tensión, de ello deduce que la corriente que circula por una VDR no es, en modo alguno, proporcional a la tensión aplicada. La curva característica de la tensión en función de la corriente es, lo más importante de una VDR.

2 Pero, también han de tenerse en cuenta otras características que influyen sobre su funcionamiento, tales como la potencia disipada, el coeficiente de temperatura, la tolerancia, etc., Cuando a la resistencia se le aplica una tensión de 10V, la corriente que pasa por ella es de 3 ma, siendo el valor óhmico de la VDR: V=10V RVDR = = = 3.33 KΩ I=3mA Si en este caso se aumenta el voltaje aplicado a la VDR hasta 20V, la intensidad de corriente que pasa por ella será de unos 75 ma, con lo que su valor óhmico pasa a ser de: = 267ΩI 75mAEs decir, que al aumentar el valor de la tensión aplicada al VDR de 10 a 20V, el valor óhmico del componente pasa de 3.333Ω a 267Ω el valor disminuye más de la doceava parte inicial. Las VDR no presentan polarización cuando la tensión cambia de polaridad, de lo que se deduce que la corriente puede cambiar de dirección pero no de valor y, por lo tanto, las ecuaciones son válidas únicamente cuando se tomen los valores absolutos de V e I.Valor óhmico de una VDR. Es evidente que, por las características especiales de estos componentes, no es posible establecer un valor óhmico para ellas, ya que éste varía con la tensión. Por tal motivo, los fabricantes de VDR indican en sus catálogos la tensión presente en ellas cuando por la VDR pasa una intensidad de corriente que suele ser de 1mA.Por ejemplo, en la VDR modelo de la firma Philips se obtiene una tensión entre sus terminales de 22V cuando por ella pasa una corriente de 1mA, lo que quiere decir que el valor óhmico de esta resistencia, cuando circula por ella 1mA, es de 22kΩ. Tensión máxima aplicable a una VDR En ciertos casos, se indican también las tensiones aplicadas a loas VDR, tanto en tensión continua (VCD) como en valor eficaz de la tensión alterna (VRMS). Así, por ejemplo, a las VDR de Philips se les puede aplicar tensiones continuas comprendidas entre 38 y 745V, o tensiones de valores eficaces entre 30 y 569V. Superar la tensión máxima que se puede aplicar a un determinado tipo de VDR supone la destrucción de la misma, ya que la potencia disipada en ella aumenta de manera considerable. Según cálculos que no se expresan aquí, se deduce que un aumento de tensión de sólo un 12 provoca un aumento de potencia disipada del doble, por lo que es muy importante que la tensión la aplicada a la VDR no sobrepase un determinado valor máximo, ya que en caso contrario se rebasaría el régimen admisible. También téngase en cuenta que, puesto que las VDR poseen un coeficiente de temperatura negativo, con disipación elevada, el valor óhmico de la resistencia

3 disminuye, como consecuencia aún aumenta más la potencia disipada en ella. Los fabricantes de VDR indican en sus catálogos las potencias máximas de disipación admitidas por sus modelos, las cuales no están normalizadas como en el caso de las resistencias lineales. Así, máximas de disipación usuales en VDR son: 0,25W, 0.4W, 0.7W, 0.8W, 1W, 2W y 3W. Coeficiente de temperatura Hasta estos momentos, no se ha tomado en cuenta los efectos debido a la temperatura, no siempre pueden ser despreciados, puesto que el valor de C tiene un apreciable coeficiente en la temperatura negativo. Capacitancia típica Debido a las características constructivas las VDR presentan una capacidad parásita, que se considera en paralelo con ellas, y cuyo valor puede afectar al correcto funcionamiento de los circuitos de RF. Esta capacidad varía con la frecuencia, por lo que los fabricantes de las VDR indican el valor con referencia a 1 KHz. 3:- Trabajando con señales de 1KHz la capacidad parásita típica de las VDR suele oscilar entre 30 pf y 12 nf, según tipo. Varistores con óxidos metálicos Los VDR de carburo de silicio tienen su principal aplicación en circuitos en los que la tensión se extiende 10V a 25 KV. Por debajo de 10V es prácticamente imposible su fabricación de carburo de silicio con buenas características. Para aplicaciones de 1 a 15 V se ha desarrollado una gama de VDR a partir de otro sistema: el óxido de titanio. Existe otro tipo de varistor, a base de óxido de cinc, el cual, al contrario de los fabricados de carburo de silicio, se destina principalmente a aquellas aplicaciones en las que se disipa potencia intermitente, por ejemplo, en la supresión de transistores, y para evitar la formación de arcos en contactos. Los VDR de titanio y de óxido de cinc pertenecen al grupo de las denominadas VDR de óxidos metálicos o varistores con óxidos metálicos. RESISTENCIAS NTC Las resistencias NTC (Negative Temperature Coeficient), también llamadas termistores NTC, son resistencias cuyo coeficiente de temperatura es negativo, es decir, que el valor óhmico de su resistencia depende de la temperatura. Las resistencias NTC se fabrican a partir de óxidos semiconductores, como el óxido férrico (Fe2O3) sustituyendo algunos de sus iones de hierro. En la práctica sólo unos pocos compuestos pueden ser utilizados en la fabricación de resistencias NTC, puesto que los demás poseen propiedades muy inestables.

4 Las resistencias NTC se fabrican: A. soluciones sólidas de Fe3O4 y materiales con estructura cristalina en forma de espinela (por ejemplo, Zn2TiO4 o MgCr2O4). B. Óxido férrico con adición de pequeñas cantidades de óxido de titanio (TiO2). C. Óxido de níquel (NiO2) o de cobalto (CoO) o combinación de ambos con pequeñas adiciones de Li2O. Características técnicas de las resistencias NTC Cuando se elige una resistencia NTC se deben tener en cuenta una serie de características técnicas, mediante las cuales es posible conocer el comportamiento de la resistencia en un circuito dado. Éstas características técnicas son las siguientes: Resistencia-temperatura. Tensión-corriente. Tiempo de recuperación. Estabilidad. Valor óhmico. Constante de disipación y potencia máxima de disipación. Margen de temperatura. Característica resistencia-temperatura. Sin duda la relación entre resistencias y temperatura es la más importante para conocer el comportamiento de una NTC en un circuito, puesto que con ella es posible determinar el valor óhmico que adquiere la resistencia al ser sometida a una temperatura dada. La variación que experimenta la resistencia de una NTC es en función de la temperatura. Supongamos una resistencia NTC cuyo valor óhmico es de 15 KΩ a 25 C. Si la temperatura en la resistencia sube a 60 C el valor óhmico de la resistencia desciende a 5 KΩ. Características tensión-corriente Cuando, debido al paso de una corriente a través de una resistencia NTC, ésta se calienta a una temperatura muy por encima de la temperatura ambiente resulta interesante conocer la relación entre corriente y caída de tensión en la resistencia. La llamada característica estática se mide a una temperatura ambiente constante y las lecturas de V se toman después de establecer el equilibrio, es decir, cuando la potencia consumida es igual a la potencia disipada. Si el valor de una resistencia NTC a 25 C es de 20 KΩ, tal como lo muestra en la parte lineal de la curva característica de la hoja de datos del fabricante, en la que todos los cocientes V/I dan como resultado 20 KΩ.

5 A medida que aumenta la tensión aplicada aumenta linealmente el valor de la intensidad de corriente, puesto que la temperatura ambiente no varía y la potencia disipada en la resistencia es pequeña. Sin embargo, cuando la tensión aplicada alcanza unos 33 V y la corriente es de 3.3 ma, la potencia de disipación en la resistencia supera los 0.1 W, calentándose ésta por la potencia de disipación, como consecuencia, se inicia un descenso del valor óhmico de la resistencia. Tiempo de recuperación Toda resistencia NTC precisa un tiempo de enfriamiento, durante el cual ésta va recuperando progresivamente su valor óhmico inicial a la temperatura ambiente. Éste tiempo de enfriamiento recibe el nombre de tiempo de recuperación (t ) o constante de recuperación, ya que es constante para cada tipo de resistencia. El valor óhmico de la resistencia durante el enfriamiento no es lineal, sino en función del tiempo. Estabilidad Cuando funciona en un circuito electrónico, toda resistencia TC sufre, al igual que cualquier otro componente electrónico, un envejecimiento que provoca variación de su valor óhmico nominal a 25 C. Ésta variación de valor óhmico es muy pequeña, del orden de 1.2 de su valor nominal como máximo, lo cual no tiene importancia en los circuitos de radio y televisión pero si en equipos de precisión, por lo que es conveniente que las resistencias NTC utilizadas en instrumentación hayan sido sometidas a un envejecimiento previo, consistente en someterlas durante un gran número de horas a una temperatura elevada. Una vez realizado el envejecimiento, en valor óhmico de la resistencia NTC se mantiene constante, es decir, ha alcanzado su estabilidad. Valor óhmico Los valores óhmicos de las resistencias NTC se refieren siempre a la temperatura ambiente de 25 C, ya que dada su característica de variación de resistencia con la temperatura es preciso tomar una como referencia. Los fabricantes indican en sus catálogos el valor óhmico de sus resistencias NTC a 25 C y, en 50, 96,5 y 100 C. Lógicamente, junto con este dato suministran el valor.