Apuntes de introducción al Laboratorio de Electrónica Nociones básicas sobre Resistencias, Capacitores y Bornera de Conexión Autor: Ing. Aída A. Olmos Cátedra: Electrónica I - Abril 2005 - Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología UNIVERSIDAD NACIONAL DE TUCUMAN
1.- RESISTENCIAS Los resistores o resistencias son dispositivos que se caracterizan por oponerse en mayor o menor grado al paso de la corriente. Básicamente son, un elemento resistivo, aislado, con extremos que permiten su conexión a un circuito. 1.1.- Parámetros que definen una resistencia Los parámetros que definen una resistencia son: valor, potencia, tolerancia y voltaje. Valor: Indica la magnitud de la resistencia. Se mide en ohmios (Ω). Potencia: Es el valor máximo que puede disipar sin que se dañe. Se expresa en W y se especifica para temperaturas ambientes inferiores a los 70 ºC. Tolerancia: indica la desviación máxima de su valor óhmico con respecto a su valor nominal. Se expresa en porcentaje. Voltaje de funcionamiento: indica la máxima tensión que se puede aplicar sobre sus bornes sin que la misma se destruya. Se expresa en Voltios (V). Coeficiente térmico: Indica la forma en que cambia el valor de la resistencia con la temperatura. Se indica en parte por millón/centrígrados (ppm/ºc). Este coeficiente puede ser positivo o negativo. Cuanto más bajo es el mismo más precisa es la resistencia. 1.2.- Tipos de resistencias según la tecnología de fabricación Resistencia de carbón: Son las más antiguas, pero aún se las encuentra en los comercios debido a su bajo costo, baja inductancia, amplio intervalo de valores, excelente capacidad para soportar oscilaciones de carga, buen rendimiento en ciclos de temperatura. Sus inconvenientes son: tolerancias mayores al 5 %, poca estabilidad a largo plazo, sensible a la humedad del ambiente, valores de ruido muy elevado. Para su fabricación se utiliza grafito o humo de carbón calcinado. Resistencias de película de carbono: Sustituyeron a las anteriores en usos generales, por ser de menor costo, mayor estabilidad, mejores tolerancias (de hasta 0.5 %), mejor rendimiento en alta frecuencia y menor ruido. En ellas una película de carbono se deposita sobre un substrato - Página 2-
cerámico. Se fabrican de potencia desde 0.25W a 4W. Los valores comerciales que suelen encontrarse de ellas van de 10Ω a 22MΩ. Resistencias de película metálica: En ellas una película de material resistivo (comúnmente aleaciones de niquel cromo) se deposita sobre un substrato. Entre sus características tenemos: buena tolerancia (existen de hasta 0.025 % al 1 %), buena estabilidad, duración en almacenaje y coeficiente térmico. Su intervalo de valores es menor que el de las resistencias anteriores Resistencias de alambre arrollado: Se fabrican arrollando un alambre muy fino sobre una base de material aislante. Se clasifican a su vez en: a) De uso general y bajo costo, b) de potencia de hilo arrollado y c) de precisión de hilo arrollado. Los dos últimos tipos son de elevado costo, mayor tamaño, deficiente respuesta en frecuencia, estabilidad, factor de ruido, coeficiente térmico y coeficiente de voltaje. En general, entre sus características tenemos: buena tolerancia (existen de hasta 0.002 % al 1 %), buena estabilidad, duración en almacenaje y coeficiente térmico. Su intervalo de valores es menor que el de las resistencias de película de carbono. Se fabrican para baja potencia y potencias más elevadas. No se fabrican valores elevados de ellas. 1.3.- Clasificación de las resistencias Las resistencias se clasifican en lineales y no lineales. Resistencias lineales: En ellas la característica tensión vs corriente es lineal. O sea, responden a la ley de Ohm: V = I x R. En este grupo se encuentran las resistencias de carbón, de metal film, las cerámicas, las bobinadas, las variables. En el caso de las resistencias de carbón y de metal film, El rango de potencia que son capaces de disipar es de 0.25W a 4W. Los valores comerciales que suelen encontrarse de ellas van de 10Ω a 22MΩ. Ambas son idénticas, en cuanto a su aspecto físico, valores y potencia; aunque las de metal film son más pequeñas. - Página 3-
Ambas tienen bandas de colores pintadas en su cuerpo, lo cual representa un código internacional, llamado código de colores. El mismo está compuesto por 4 o 5 bandas que se leen de izquierda a derecha e indican el valor óhmico y la tolerancia del elemento. Mientras, que las bobinadas pueden disipar de 10W en adelante Dentro de las resistencias variables están las de tipo presset, usadas para ajustes internos, y los potenciómetros. Estos pueden variar su valor en forma lineal o logarítmica. Las resistencias cerámicas, las bobinadas y las variables, traen impreso su valor y la potencia que son capaces de disipar. Las cerámicas pueden disipar de 2W a 15W. Resistencias no lineales: En ellas el comportamiento tensión /corriente no es lineal. Son de cerámica y se clasifican a su vez en: termistores NTC (Negative Temperature Coefficient) o PTC ( Positive Temperature Coefficient ); varistores o VDR( Voltaje Dependent Resistors) y LDR (Light Dependent Resistors). 1.4.- Código de lectura de resistencias 1.5.- Valores Normalizados (comerciales) de resistencias de carbón y metal film Para el diseño de circuitos eléctricos, en general, se comienza eligiendo la serie E3. La misma es la de menor costo. De ser necesario, y si el circuito o equipo lo justificara, se pasará a elegir resistencias de la serie E6, y así sucesivamente. - Página 4-
Serie E3 E6 E12 E24 E48 E96 E192 Tolerancia -20% a + 80% 20% 10% 5% 2% 1% 0,5% 10 10 10 10 100 100 100 11 110 110 110 12 12 120 120 120 13 130 130 130 15 15 15 150 150 150 16 160 160 160 18 18 180 180 180 20 200 200 200 22 22 22 22 220 220 220 24 240 240 240 27 27 270 270 270 30 300 300 300 33 33 33 330 330 330 36 360 360 360 39 39 390 390 390 43 430 430 430 47 47 47 47 470 470 470 51 510 510 510 56 56 560 560 560 62 620 620 620 68 68 68 680 680 680 75 750 750 750 82 82 820 820 820 91 910 910 910 Nº de valores por serie 3 6 12 24 48 96 192 Cant valores no incluídos en 0 0 0 24 48 96 192 la tabla 2.- CAPACITORES La variedad de aplicaciones en las que son usados estos componentes, lleva a que exista una gran variedad de capacitores. Los mismos tienen diferencias en cuanto a capacidad, tecnología de construcción, voltaje, factor de pérdidas, tolerancias, rango de temperatura, etc. 2.1.- Parámetros que definen un capacitor Los parámetros a tener en cuenta a la hora de elegir un capacitor, dependerán del tipo de aplicación. Entre ellos encontramos: Capacidad nominal (C N ): Es el valor por el cual se conoce al capacitor. La misma fue medida por el fabricante bajo condiciones determinadas de temperatura, humedad, presión y frecuencia. Voltaje Nominal (U n ): Es la tensión de continua a la cual se puede cargar el capacitor. - Página 5-
Voltaje límite permanente de alterna (V w ): Es la tensión de alterna más alta que puede soportar el capacitor en régimen permanente. Voltaje límite permanente de continua (V g ): Es la tensión de continua más alta que puede soportar el capacitor en régimen permanente. Voltaje de pico: Es la mayor tensión instantánea que puede soportar el capacitor en régimen transitorio. Temperatura nominal: Es la máxima temperatura a la que puede trabajar el capacitor, manteniendo su capacidad y su voltaje nominal Coeficiente térmico: Indica la forma en que cambia el valor de la capacidad con la temperatura. Se indica en parte por millón/centrígrados (ppm/ºc).. Cuanto más bajo es el mismo de mejor calidad es el capacitor. Coeficiente de pérdida ( δ): Su valor depende de la pérdida del dieléctrico, en la armadura, contactos, etc. Este coeficiente, aumenta con la capacidad y la frecuencia. Variación de la capacidad con la frecuencia, con la temperatura, con la humedad 2.2.- Tipos de capacitores según la tecnología de fabricación Desde el punto de vista constructivo, los capacitores más usados, pueden clasificarse en: Capacitores electrolíticos de aluminio: Son de bajo costo, gran capacidad por unidad de volumen. Se emplean en aplicaciones de filtrado, derivación y acoplamiento, ya que en ellas se requiere gran valor de capacidad pero poca tolerancia. Existen en el mercado los polarizados y no polarizados. Si un capacitor polarizado es conectado con la polaridad invertida, el mismo eleva su temperatura pudiendo llegar a destruirse. Estos capacitores no se utilizan en aplicaciones de alta frecuencia Capacitores electrolíticos de tantalio: Son más flexibles, precisos, estables y confiables. En síntesis, presentan mejores características que los de aluminio, pero su costo es mas elevado. Existen de tres tipos: de hojas metálicas, húmedos y sólidos. En general, estos capacitores se usan en aplicaciones de filtrado de baja frecuencia, derivación y acoplamiento. Existen en el mercado valores que van de 0.0047 a 1000 µf. - Página 6-
Capacitores cerámicos: Son muy usados debido a su bajo costo, reducido tamaño, gran intervalo de valores y aplicabilidad general. Estos capacitores, se usan en aplicaciones de filtrado, derivación y acoplamiento de circuitos híbridos integrados. Según su construcción se clasifican en clase 1 y clase 2 (multicapas, de barrera, de compensación de temperatura, Sibatit 5000). En general son aptos para se usados en aplicaciones de alta frecuencia Capacitores de poliéster o de Mylar: Son de muy buena calidad. Se fabrica en el rango de 680 pf a 0.25 µf Capacitores de mica y vidrio: se usan en aplicaciones que requieren alta calidad y excelente estabilidad con respecto a la temperatura, envejecimiento y frecuencia. Se fabrica en el rango de 1 pf a 100nF. Capacitores metalizado de poliéster: son estables pequeños y económicos. Su aplicación principal es en acoples y desacoples que no requieran especificaciones rigurosas. Existen en el mercado valores que van de 2.2 µf a 10nF. 2.3.- Código de lectura de capacitores En los capacitores cerámicos y de poliéster, comúnmente los 2 primeros dígitos del código representan parte del valor y el tercer dígito representa el multiplicado. Este valor está expresado en picos Faradios (pf). - Página 7-
Valor Tipo Codigo 1.5pF 3.3pF 10pF 15pF 20pF 30pF 33pF 47pF 56pF 68pF 75pF 82pF 91pF 100pF 101 120pF 121 130pF 131 150pF 151 180pF 181 220pF 221 330pF 331 470pF 471 560pF 561 680pF 681 750pF 751 820pF 821 Valor Tipo Codigo 1.000pF / 0.001uF / Mylar 102 1.500pF / 0.0015uF / Mylar 152 2.000pF / 0.002uF / Mylar 202 2.200pF / 0.0022uF / Mylar 222 4.700pF / 0.0047uF / Mylar 472 5.000pF / 0.005uF / Mylar 502 5.600pF / 0.0056uF / Mylar 562 6.800pF / 0.0068uF / Mylar 682 0.01uF / Mylar 102 0.015uF Mylar 0.02uF Mylar 203 0.022uF Mylar 223 0.033uF Mylar 333 0.047uF Mylar 473 0.05uF Mylar 503 0.056uF Mylar 563 0.068uF Mylar 683 0.1uF Mylar 104 0.2uF Mylar 204 0.22uF Mylar 224 0.33uF Mylar 334 0.47uF Mylar 474 0.56uF Mylar 564 1uF Mylar 105 2uF Mylar 205 3.- BORNERA DE CONEXION (Protoboard) El armado del prototipo de un circuito se hace sobre un elemento denominado Bornera de conexión o protoboard (marca comercial), la que permite montar y modificar fácil y rápidamente circuitos electrónicos sin necesidad de soldaduras ni herramientas. El protoboard esta lleno de orificios metalizados -con contactos de presión- en los cuales se insertan las componentes del circuito a ensamblar. Los contactos están separados entre sí por una distancia de 0,1, distancia que corresponde a la separación entre pines o terminales de los circuitos integrados. El contacto eléctrico se realiza a través de laminillas en las que se insertan los terminales de los componentes. Estás no están
visibles, ya que se encuentran por debajo de la cubierta plástica aislante. Esta disposición permite instalar fácilmente cualquier tipo de componente electrónico. La Protoboard esta dividida en cuatro secciones: dos tiras de buses y dos tiras de filas, cada una de estas se encuentran separadas por un material aislante. Los contactos de cada sección están conectados entre si. En síntesis, cada fila es un nodo con cinco puntos de conexión Las filas de orificios tienen cinco perforaciones que se conectan entre sí en forma vertical, no existiendo contacto, entre cada fila. La cantidad de filas que tiene la protoboard, depende del tamaño de la misma. El canal central, separa las dos tiras de filas del protoboard. Su ancho es el mismo que el que existe entre las filas de terminales de los circuitos integrados. Esto permitirá ubicar sobre dicha separación, los circuitos integrados que posea el circuito. Los contactos en los buses son en forma horizontal. Las mayorías de las protoboard traen dos buses a cada lado y se utilizan generalmente para manejar en ellos la alimentación del circuito, tanto positiva s como negativa. 3.1.- Recomendaciones para el armado de circuitos en protoboards Aunque no existen reglas para el armado de circuitos en un protoboard, se deben tener en cuenta algunos aspectos básicos a fin de que el circuito sea de fácil comprensión, modificación y diagnóstico. Para realizar uniones entre puntos distantes de los circuitos, se utiliza alambre tipo telefónico (calibre 22). No instale sobre la protoboard componentes que generen una gran cantidad de calor, pues pueden ocurrir derretimientos del plástico dañando permanentemente a la placa. Tal es el caso de resistencias de potencia o de semiconductores que disipen mucho calor. No utilice componentes cuyos terminales sean muy gruesos o alambres de calibres grande que dañarán las laminillas de contacto que van dentro de los orificios de la protoboard. No fuerce ningún terminal o alambre dentro de los orificios. No utilice el protoboard para circuitos de corriente alterna por encima de los 110 V, ya que el aislamiento no es suficiente y pueden generarse corto circuitos o presentarse posibles situaciones de riesgo personal. No es recomendable su uso para frecuencias superiores a 1 MHz, debido a problemas de ruido. No corte demasiado los terminales de los componentes ya que en algunos casos es necesario cambiarlos de lugar donde se requiere que estos sean más largos. Deje solo la separación necesaria entre los componente, aunque no demasiada entre los elementos para que el ensamble de los demás componentes pueda realizarse sin tropiezos. Muchos componentes en un espacio reducido dificultan el proceso de armado y reemplazo. - Página 9-
El circuito debe ser armado tan claramente como sea posible. Esto se debe a que un circuito ordenado es más fácil de ser diagnosticado en caso de mal funcionamiento. El cableado debe ser lo más corto que se pueda, a fin de evitar problemas de ruido en el circuito. En lo posible deben de estar aislados, para evitar cortocircuitos por contactos entre los cables. Si el circuito no funciona correctamente revise las alimentaciones y que los cables de interconexión de nodos no estén sueltos o haciendo mal contacto. Ya que esta herramienta es para ensamblado temporal, una vez que el circuito bajo experimentación está funcionando correctamente sobre el protoboard, es recomendable su construcción definitiva sobre un circuito impreso con soldaduras. BILIOGRAFIA GIL, Diego M, Componentes electrónicos pasivos, ISBN 050-554-388-9 PHILIPS, Components and materials Electrolytic and solid capacitors- C14 04-80 - Página 10-