Sesión 3 Componentes Pasivos

Transcripción

1 Sesión 3 Componentes Pasivos Componentes y Circuitos Electrónicos José A. García Souto / José M. Sánchez Pena

2 OBJETIVOS Componentes Pasivos Resistencias Conocer las definiciones básicas y los parámetros eléctricos asociados a resistores Resistividad, coeficiente de temperatura Potencia disipada y tensión máxima de trabajo Tolerancia, valores normalizados y códigos Películas resistivas y tipos de resistencias Entender la selección de componentes resistivos y sus limitaciones

3 Resistencias: Generalidades Presenta oposición al paso de Q Valor óhmico (Ω kω MΩ) [V/mA] En circuitos, Ley de Ohm V=I R Resiste: Disipa calor (P D ), se calienta (Tº) Fabricación: Tipos, series, tolerancias, etc. 3

4 Parámetros característicos Resistividad (conductividad) l R = ρ S [Ω] ρ = E J [ Ω cm] σ = 1 ρ Tipos de materiales según resistividad Conductores [µω cm] Semiconductores [Ω cm] Aislantes [KΩ cm] Ejemplo: Grafito 0 µω m = mω cm 4

5 Parámetros característicos Depende de la temperatura R = R(T) ρ = ρ (T) Coeficiente de temperatura 1 ρ 1 α( T0) = [º C ] ρ( T) T 0 T = T Coeficiente de temperatura medio PTC (α>0) o NTC (α<0) 0 1 R 1 R( T ) T T = T 0 0 [º C 1 R α = [ ppm/º C] R( T) = R( T) [ 1 ( )] 0 + α T T0 R( T) T 0 Pequeño y constante? ] 5

6 Límites de Funcionamiento Disipa potencia (produce calor, aumenta T) Potencia nominal ¼W, ½W, etc. Curva con la temperatura (resistencia térmica) Potencia Máxima (W) P N P máx R térmica = Pendiente P máx = T R M T térmica a 0 T N T a T M Temperatura Ambiente (ºC) Tensión máxima P=V /R 6

7 Límites de Funcionamiento Tensión de ruptura del dieléctrico (nominal) Resistencia crítica P max R=(V ruptura ) Respuesta en frecuencia Ruido Ruido Térmico (agitación térmica, 1/f) Cuidado con Tensión DC alta, R alta, etc. 7

8 Tolerancia y Valores Normalizados Series normalizadas (valores discretos) Valor Nominal (Óhmico) Tolerancia (%) Generación de la serie N n = N 1 r n 1 k r = 10 N 1 = 1, 10, 100, etc. k valores por década Más valores Menos Tolerancia Código de colores Alfanumérico Ej: 10R 10K 10K5 10M36 8

9 Valores estándar de resistores 1% Standard Values Decade multiples are available from 10.0 Ω through 1.00 MΩ (also 1.10 MΩ, 1.0 MΩ, 1.30 MΩ, 1.50 MΩ, 1.60 MΩ, 1.80 MΩ,.00 MΩ and.0 MΩ) % Standard Values % Standard Values

10 Código de colores de resistores 10

11 Películas Resistivas Resistividad superficial (ohmios por cuadro Ω/ ) a t a R Cuadro Densidad de potencia (W/cm ) a ρ = ρ = = ρs[ Ω/ cuadro] a t t P Dmáx = DP Dmáx a Factor de forma R = ρs l a FF = l a l a 11

12 Tipos de Resistencias (Lineales) BOBINADAS DE POTENCIA Mucha Potencia (hasta 50 W) 100 Ω cm Hilo o película metálica 10 a 130ppm/ºC BOBINADAS DE PRECISIÓN Sobredimensionadas para ganar en precisión (1 W para hacer ¼ W) Hilo o película metálica DE PELÍCULA CONDUCTORA/RESISTIVA Carbono, MeOx o Metálica Mejora con T respectivamente Resistividades altas (hasta 5 KΩ/, 1K Ω/ y 300 Ω/ respectiv.) DE COMPOSICIÓN Carbono, pero con partículas (más ruidosas) Casi cualquier resistividad, pero deficiente coeficiente de temperatura Tolerancia 5% 100 ppm/ºc 1

13 Resistencias Variables 1 R=αRn 3 Parámetros Eléctricos R 1 =R N R total R mínima R 13 = αr N R terminal (al final) R cursor (donde esté) R 3 = (1-α)R N Corriente máxima cursor Factor de disipación P m /α α entre 0 y 1 Ajustabilidad, resolución, etc. Tipos Rotatorio Multivuelta 13

14 OBJETIVOS Componentes Pasivos Condensadores Conocer las definiciones básicas y los parámetros eléctricos asociados a resistores Capacidad, constante dieléctrica Resistencia de aislamiento, rigidez dieléctrica Ángulo de pérdidas, potencia disipada Tipos de condensadores, electrolíticos Entender la selección de componentes capacitivos y sus limitaciones 14

15 Condensador: Generalidades Almacena energía en forma de cargas Valor capacitivo (pf nf µf) [Cul/V] En circuitos Q=C V I=C dv/dt Asociación paralelo (C 1 +C ), serie (1/C 1 +1/C ) En continua: Ic = 0 En alterna sinusoidal: Ic = CωV p cos(ωt) Zc 15

16 Parámetros Característicos Capacidad (placas plano-paralelas, etc.) ε (f, V, T, etc.) Constante dieléctrica C = Q V C = ε o εr S d Respuesta en frecuencia 16

17 Parámetros Característicos Aspectos básicos DC Corriente de fugas (Resistencia de aislamiento [MΩ]) Constante de tiempo de autodescarga: τ = R A C [seg] Vc (V) V CC exp(-t/τ) 63% Rigidez dieléctrica del medio E máx [V/m] V máx 0 t 1 τ t (seg) 17

18 Parámetros Característicos Potencia disipada Continua (en R A ) Alterna P = DC V DC Ángulo de pérdidas: δ (idea de la parte resistiva) Factor de disipación D=tgδ (<<1) Factor de calidad Q=1/D Equivalentes serie y paralelo P AC = V AC ef R P = I R AC ef A R S 18

19 Potencia disipada AC Ideal v C i C = V sen( ω) 0 t V C = CωV 0 cos( ωt) 90º P AC =0 Serie Paralelo V Cs δ V Rs P AC I = = I Cs I Rs I C I AC ef AC efrs = ωcs tgδ P AC VAC ef = = V AC R P ef ωc tgδ P 19

20 Datos Fabricante Valor nominal (f o, T o )± Tolerancia (%) Ej.1: a 5ºC/1kHz Ej.: a 5ºC/100-10Hz F, G, J, K, M 1%, %, 5%, 10%, 0% µ0 k Tensión Nominal (V N >V DC +V AC-pico ) Potencia máxima Rs, Rp, tgδ, P(f), D o Q, ESR (electrolíticos) Rigidez dieléctrica Tensión de ruptura R aislamiento o constante de tiempo autodesc. Pendiente de tensión máxima 0

21 Tipos No polarizados Película de Papel (obsoleto) Película de plástico Cerámicos (de precisión) Mica y derivados (estables) C bajas (pf, nf), soportan menos tensión Pérdidas menores y menos ruidosos Polarizados (electrolíticos) C mayores (µf) OjO calentamiento electrolito (polarizado al revés) Constante de tiempo de autodescarga menor (seg) Más ruidosos 1

22 Componentes Pasivos Bobinas y Transformadores OBJETIVOS Conocer las definiciones básicas y los parámetros eléctricos asociados a bobinas Entender el acoplamiento magnético y su utilización en transformadores Conocer la relaciones de corrientes, tensiones y potencias en un transformador ideal Entender la transformación de impedancias con transformador

23 Bobinas Componentes Pasivos Definiciones Básicas y Parámetros Eléctricos Asociados Inductancia. Permitividad Magnética y Geometría Valor Nominal y Tolerancia Coeficiente de Temperatura Rango de Corrientes. Saturación del Núcleo Resistencia de la Bobina en CC Tipos de Bobinas (según el Tipo de Núcleo) 3

24 Acoplamiento magnético 4

25 Transformador ideal y propiedades (Ej. Transformador elevador) N > N V > V > 1 V1 V V 1 = N N 1 = n I N1 1 = = N n I1 P = P 1 5

26 Adaptación de impedancias (Ej. Transformador reductor) N < < N1 V V1 V 1 V = n I =n I 1 Adaptación de impedancias Z eq = Z L n P = P 1 6

27 Transformador con tomas intermedias 7

28 Ejemplo Sustituir valores: Vg = 5 Vrms Rg = 1 KΩ RL = 10 Ω n = Corrientes de primario y de secundario (I 1 e I ) 1. Tensiones en los terminales de primario y de secundario (V 1 y V ) 3. Potencia suministrada por el generador y potencia disipada en las resistencias Rg y RL. 4. Valor de la impedancia Ri vista desde la entrada del primario. 8