Sesión 3 Componentes Pasivos

Sesión 3 Componentes Pasivos Componentes y Circuitos Electrónicos José A. García Souto / José M. Sánchez Pena www.uc3m.es/portal/page/portal/dpto_tecnologia_electronica/personal/joseantoniogarcia

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

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

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

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

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

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

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

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) 10.0 10. 10.5 10.7 11.0 11.3 11.5 11.8 1.1 1.4 1.7 13.0 13.3 13.7 14.0 14.3 14.7 15.0 15.4 15.8 16. 16.5 16.9 17.4 17.8 18. 18.7 19.1 19.6 0.0 0.5 1.0 1.5.1.6 3. 3.7 4.3 4.9 5.5 6.1 6.7 7.4 8.0 8.7 9.4 30.1 30.9 31.6 3.4 33. 34.0 34.8 35.7 36.5 37.4 38.3 39. 40. 41. 4. 43. 44. 45.3 46.4 47.5 48.7 49.9 51.1 5.3 53.6 54.9 56. 57.6 59.0 60.4 61.9 63.4 64.9 66.5 68.1 69.8 71.5 73. 75.0 76.8 78.7 80.6 8.5 84.5 86.6 88.7 90.9 93.1 95.3 97.6 5% Standard Values 10 11 1 13 15 16 18 0 4 7 30 33 36 39 43 47 51 56 6 68 75 8 91 10% Standard Values 10 1 15 18 7 33 39 47 56 68 8 9

Código de colores de resistores 10

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Acoplamiento magnético 4

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

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

Transformador con tomas intermedias 7

Ejemplo Sustituir valores: Vg = 5 Vrms Rg = 1 KΩ RL = 10 Ω n = 10 1. 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