En esta semana estudiaremos los componentes pasivos
básicos, que encontramos en todo circuito eléctrico
o electrónico, los cuales podemos encontrar a lo largo de
un par de conductores por los cuales circula una corriente
eléctrica, estos parámetros los encontramos en
forma distribuida, los cuales son llamados: Parámetro
distribuido de resistencia, Parámetro distribuido de
capacitancia y Parámetro distribuido de
inductancia.
Estos parámetros vistos así, son para un
estudio más avanzado, el cual no es el objetivo de este
curso. Estos parámetros distribuidos también lo
podemos encontrar en forma de parámetros concentrados,
representados en unos componentes, llamados la resistencia, el
condensador y la bobina, el cual utilizamos en los diferentes
circuitos. Veamos que son cada unos de ellos y sus principales
características.
LA
RESISTENCIA
Estos componentes lo encontramos en casi todos los
circuitos y es el encargado de limitar las corrientes que
circulan por este. Su identificación la podemos hacer de
acuerdo a un código.
Interpretación Del Código De Colores En
Las Resistencias
Las resistencias llevan grabadas sobre su cuerpo unas
bandas de color que nos permiten identificar el valor
óhmico que éstas poseen. Esto es cierto para
resistencias de potencia pequeña (menor de 2 W.), ya que
las de potencia mayor generalmente llevan su valor impreso con
números sobre su cuerpo, tal como hemos visto
antes.
En la resistencia de la izquierda vemos el método
de codificación más difundido. En el cuerpo de la
resistencia hay 4 anillos de color que, considerándolos a
partir de un extremo y en dirección al centro, indican el
valor óhmico de este componente.
El número que corresponde al primer color indica
la primera cifra, el segundo color la segunda cifra y el tercer
color indica el número de ceros que siguen a la cifra
obtenida, con lo que se tiene el valor efectivo de la
resistencia. El cuarto anillo, o su ausencia, indican la
tolerancia.
Podemos ver que la resistencia de la izquierda tiene los
colores amarillo- violeta-naranja-oro (hemos intentado que
los colores queden representados lo mejor posible en el dibujo),
de forma que según la tabla de abajo podríamos
decir que tiene un valor de: 4-7-3ceros, con una
tolerancia del 5%, o sea,
47000 ? ó 47 K?. La tolerancia
indica que el valor real estará entre 44650 ? y
49350 ? (47 K?±5%).
La resistencia de la derecha, por su parte, tiene una
banda más de color y es que se trata de una resistencia de
precisión. Esto además es corroborado por el color
de la banda de tolerancia, que al ser de color rojo indica que es
una resistencia del 2%. Éstas tienen tres cifras
significativas (al contrario que las anteriores, que
tenían 2) y los colores son marrón-verde-
amarillo-naranja, de forma que según la tabla de abajo
podríamos decir que tiene un valor de:
1-5-4-4ceros, con una tolerancia del 2%, o sea,
1540000 ? ó 1540 K? ó 1.54
M?.
La tolerancia indica que el valor real estará
entre 1509.2 K? y 1570.8 K?
(1.54 M?±2%).
Por último, comentar que una precisión del
2% se considera como muy buena, aunque en la mayoría de
los circuitos usaremos resistencias del 5%, que son las
más corrientes.
Código De Colores En Las
Resistencias
Nota: Estos colores se han establecido
internacionalmente, aunque algunos de ellos en ocasiones pueden
llevar a una confusión a personas con dificultad de
distinguir la zona de colores
rojo-naranja-marrón-verde. En tales casos,
quizá tengan que echar mano en algún momento de un
polímetro para saber con certeza el valor de alguna
resistencia cuyos colores no pueden distinguir claramente.
También es cierto que en resistencias que han tenido un
"calentón" o que son antiguas, a veces los colores pueden
haber quedado alterados, en cuyo caso el polímetro nos
dará la verdad.
Otro caso de confusión puede presentarse cuando
por error leemos las bandas de color al revés. Estas
resistencias de aquí abajo son las mismas que antes, pero
dadas la vuelta.
En la primera, si leemos de izquierda a
derecha, ahora vemos oro-naranja-
violeta-amarillo.
El oro no es un color usado para las cifras
significativas, así que algo va mal. Además el
amarillo no es un color que represente tolerancias. En un caso
extremo, la combinación naranja-violeta-amarillo
(errónea por otro lado porque la banda de tolerancia no va
a la izquierda de las otras) nos daría el valor de
370 K?, que no es un valor normalizado.
En la segunda, ahora vemos
rojo-naranja-amarillo-verde-marrón. La
combinación nos daría el valor 234000000 ?
= 234 M?, que es un valor desorbitado (generalmente no
suele haber resistencias de más de 22 M?), además
de no ser un valor normalizado. Eso sí, la resistencia
tendría una tolerancia del 1% (marrón), que no
tiene sentido para un valor tan alto de resistencia.
Valores Normalizados de Resistencias
Vamos a mostrar ahora una tabla con los valores
normalizados de resistencias, que ayudará a encajarlas
según valores establecidos internacionalmente.
Nota: estas
resistencias las encontramos en los múltiplos y
submúltiplos de estos valores.
Los resistores se pueden clasificar también en
función de su potencia. Esto hay que tenerlo en cuenta a
la hora de montarlos en un circuito, puesto que la misión
de estos componentes es la de disipar energía
eléctrica en forma de calor. Por lo tanto, no es
suficiente con definir su valor en ohmios, también se debe
conocer su potencia. Las mas usuales son: 1/8 w, ¼ w, 1/2
w, 1w, 2w,
4w, 10w y 20w.
Los Resistores se clasifican en: Fijos, variables y no
lineales ( NTC, PTC, etc.)
Termistores
Son dispositivos cuya resistencia
varía en función de la temperatura. Existen dos
tipos de Termistores:
Termistores NTC (Coeficiente de temperatura
negativo): Son componentes en los cuales disminuye su resistencia
al aumentar la temperatura.
+ TEMPERATURA » – RESISTENCIA
– TEMPERATURA » + RESISTENCIA
También, en su aspecto físico, pueden
presentar franjas de colores. En este caso, para conocer su
valor, se emplea el código de colores de resistencias,
observando los colores de abajo hacia arriba:
Las franjas 1ª, 2ª y 3ª
expresan el valor en ohmios a 25º C y la franja 4ª
indica su tolerancia en %.
– Termistores PTC.- (Coeficiente de
temperatura positivo): Son componentes en los cuales aumenta su
resistencia al aumentar la temperatura.
+ TEMPERATURA » +
RESISTENCIA
– TEMPERATURA » –
RESISTENCIA
Aplicaciones de los Termistores:
– Termostatos de estufas, aire acondicionado,
etc.
– Detectores para alarmas contra incendios.
– Compensación del valor óhmico en
circuitos al variar la temperatura.
FOTO-RESISTORES O LDR (Resistencia Dependiente de la
Luz): Estos dispositivos electrónicos son capaces de
variar su resistencia en función de la luz que incide
sobre ellos. Están compuestos por Sulfuro de Cadmio,
compuesto químico que posee la propiedad de aumentar la
circulación de electrones a medida que aumenta la
luz.
+ LUZ » – RESISTENCIA
– LUZ » + RESISTENCIA
Aplicaciones de la LDR:
– Como detector de presencia, cuando se interrumpe la
luz que incide sobre el.
– Como interruptor crepuscular, encendiendo
una lámpara cuando se hace de noche.
VARISTORES O VDR.- (Resistencia Dependiente del voltaje)
Son componentes cuya resistencia aumenta cuando disminuye el
voltaje aplicado en sus extremos.
– VOLTAJE » + RESISTENCIA
+ VOLTAJE » – RESISTENCIA
Aplicaciones de la VDR:
– Compensación del valor óhmico cuando
varía la tensión en un circuito.
– Estabilizadores de tensión.
Resistencias Variables
Existen básicamente dos tipos de resistencias
variables conocidas: Los Potenciómetros y
los Reóstatos, los cuales se diferencias entre si,
entre otras cosas, por la forma en que se conectan. En el caso de
los potenciómetros, estos se conectan en paralelo al
circuito y se comporta como un divisor de
tensión. Ver la figura.
En el caso del reóstato este va
conectado en serie con el circuito y se debe tener cuidado de que
su valor (en ohmios) y su la potencia que puede aguantar (en
watts) sea el adecuado para soportar la corriente (I en amperios)
que por el va a circular por él.
Código Japonés De
Resistencias
Existe otro código muy utilizado en las
resistencias y condensadores, sobre todo en los componentes de
tecnología superficial, SMD los cuales se caracterizan por
su reducido tamaño.
Luego 104 = 100000 ?
Nota: durante el soldeo de este mini componente se debe
tener extrema precaución cuando se aplique el calor con el
cautín, ya que se puede desprender los bornes de
contactos, se recomienda aplicar un removedor (tinner) sobre el
componente antes de desoldarlo.
Referentes Bibliográficos:
Martín Eliécer. Durán
Instructor de Electrónica Sena Metalmecánico
Medellín, tomado de :
www.iespana.es/electronred
EL CONDENSADOR O
CAPACITOR
Un condensador es un dispositivo almacenador de
energía en la forma de un campo eléctrico. El
capacitor consiste de dos placas, que están separadas por
un material aislante, que puede ser aire u otro material
"dieléctrico", que no permite que éstas (las
placas) se toquen. Se parece a la batería que todos
conocemos, pero el condensador solamente almacena energía,
pues no es capaz de crearla.
Los condensadores se miden en Faradios (F.), pudiendo
encontrarse condensadores que se miden en Microfaradios (uF),
Pico faradios (pF) y Nanofaradios (nF). A continuación se
pueden ver algunas equivalencias de unidades.
El primer capacitor es la botella de Leyden, el cual es
un capacitor simple en el que las dos placas conductoras son
finos revestimientos metálicos dentro y fuera del cristal
de la botella, que a su vez es el dieléctrico. La magnitud
que caracteriza a un capacitor es su capacidad, cantidad de carga
eléctrica que puede almacenar a una diferencia de
potencial determinado.
La botella de Leyden, uno de los Capacitores más
simples, almacena una carga eléctrica que puede liberarse,
o descargarse, juntando sus terminales, mediante una varilla
conductora. La primera botella de Leyden se fabricó
alrededor de 1745, y todavía se utiliza en experimentos de
laboratorio.
Para un capacitor se define su capacidad como la
razón de la carga que posee uno de los conductores a la
diferencia de potencial entre ambos, es decir, la capacidad es
proporcional al la carga e inversamente proporcional a la
diferencia de potencial: C = Q / V, medida en Farad
(F).
La diferencia de potencial entre estas placas es igual
a: V = E * d ya que depende de la intensidad de campo
eléctrico y la distancia que separa las placas.
También: V =q / e * d, siendo q carga por
unidad de superficie y d la diferencia entre ellas. Para un
capacitor de placas paralelas de superficie S por placa,
el valor de la carga en cada una de ellas es q * S y la
capacidad del dispositivo:
C = q * S / (q * d / e ) = e * S / d
Siendo d la separación entre las
placas.
La energía acumulada en un capacitor será
igual al trabajo realizado para transportar las cargas de una
placa a la otra venciendo la diferencia de potencial existente
ellas:
D W = V * D q = (q / C) * D q
La energía electrostática almacenada en el
Capacitor será igual a la suma de todos estos trabajos
desde el momento en que la carga es igual a cero hasta llegar a
un valor dado de la misma, al que llamaremos Q.
W = V * dq = ( 1 / C) * ( q * dq) = 1 / 2 (Q2 /
C)
Si ponemos la carga en función de la
tensión y capacidad, la expresión de la
energía almacenada en un capacitor será: W = 1/2
* C * V2 medida en unidades de trabajo.
Dependiendo de superficie o área de las placas su
fórmula de capacidad es
C = e * A / 4p d, donde e es la constante
dieléctrica.
Condensadores
Modelos de Capacitores
Nuestro aparato consiste de dos placas metálicas
paralelas. Acabaremos por colocar carga eléctrica sobre
estas placas. Vamos a suponer que la carga sobre una placa es de
la misma magnitud a la de la otra placa pero de signo opuesto:
tenemos una situación que hemos estudiado previamente.
Sabemos que si las placas fueran infinitas, el campo
eléctrico en la región intermedia sería
uniforme, y sería cero fuera de esa región. Sin
embargo las placas de nuestro aparato no son infinitas,
así que ¿cómo es el campo eléctrico
en este caso?
Hemos visto que resulta conveniente aproximar la
situación real por una situación idealizada, y que,
en ocasiones, la aproximación es prácticamente
indistinguible de la solución exacta, así que
ajustaremos las condiciones reales
de nuestro aparato para que la aproximación sea
buena. Nos interesan las placas infinitas porque el campo que
producen es uniforme. Una placa de dimensiones finitas parece
infinita si la vemos desde un punto localizado muy cerca de ella.
Así que para que el campo eléctrico producido por
las placas sea uniforme, como el producido por placas infinitas,
debemos limitarnos a regiones muy cercanas a la placa.
¿Qué tan pequeña es esta región? Una
manera de medirla es considerar que la distancia entre las placas
(que determina la región donde el campo eléctrico
es uniforme) sea mucho más pequeña que la propia
placa.
Lo que tenemos que hacer para construir nuestro aparato
es conseguir placas grandes (por ejemplo, placas cuadradas de
lado a) y separarlas una distancia pequeña, d. El campo
eléctrico entre las placas será uniforme si
a>d.
Sólo nos falta describir los cables
con los que conectamos las placas a la fuente electromotriz.
Vamos a suponer que estos cables son conductores ideales, es
decir, las cargas viajan a través de ellos sin perder
energía. Como no se realiza trabajo, el potencial es el
mismo en todos los puntos del alambre. Lo que acabamos de
construir es un circuito eléctrico con un capacitor ideal.
Se muestra una representación esquemática del
circuito. Imaginemos ahora que acabamos de conectar el circuito
¿qué pasará? Como sabemos, en los metales
los electrones son móviles. Así que cuando cerramos
el circuito, la fuente electromotriz empieza a funcionar y toma
electrones de una de las placas, digamos la placa superior, los
transporta (sin cambio en el potencial) por los alambres y los
deposita en la placa opuesta. Conforme este proceso se lleva a
cabo, la carga negativa se va incrementando en la placa inferior;
correspondientemente se incrementa la carga positiva en la placa
superior (debida a la carencia de electrones).
Pensemos en este pro ceso de transporte de carga como si
ocurriera electrón por electrón. Al inicio del
proceso no hay carga en ninguna de las dos placas.
La fuente electromotriz transporta al primer
electrón a lo largo de los alambres sin que modifique su
potencial. El segundo electrón, sin embargo, tiene que
vencer el campo eléctrico generado por el primero, es
decir, para poder ser acomodado en la placa inferior tiene que
vencer la repulsión electrostática de la carga que
ya está ahí. La fuente electromotriz ahora
sí invertirá energía para aumentar el
potencial del segundo electrón. Esto se repite carga tras
carga. Nótese que cada vez es mayor la energía
necesaria para trasladar un electrón de la placa superior
a la placa inferior. ¿Cuándo se detendrá
este proceso?
El final de este proceso está determinado por la
capacidad de la fuente electromotriz.
Dijimos que esta puede aumentar el potencial de una
carga en un cierto valor (las pilas vienen marcadas con esta
magnitud: 1.5 volts, 6 volts, 12 volts, etcétera). Cuando
el potencial entre las dos placas iguale la capacidad de la
fuente electromotriz, se detendrá el proceso de transporte
de carga. Podemos establecer esta condición
matemáticamente: digamos que la magnitud de la fuente
electromotriz es: E La condición de equilibrio
recién descrita es que iguale a la diferencia de potencial
Entre Las Dos Placas, Es Decir:
Qué Aplicaciones Tiene un
Condensador?
Para aplicaciones de descarga
rápida, como un Flash, en donde el condensador se tiene
que descargar a gran velocidad para generar la luz necesaria
(algo que hace muy fácilmente cuando se le conecta en
paralelo un medio de baja resistencia).
Como Filtro, Un condensador de gran valor (1,000 uF –
12,000 uF) se utiliza para eliminar el "rizado" que se genera en
el proceso de conversión de corriente alterna a corriente
continua.
Para aislar etapas o áreas de un circuito: Un
condensador se comporta (idealmente) como un corto circuito para
la señal alterna y como un circuito abierto para
señales de corriente continua, etc.
Nota: Existen condensadores electrolíticos
de gran valor que en su mayoría tienen polaridad, esto
quiere decir que su terminal positivo se debe de conectar a una
parte del circuito donde el voltaje se mayor que donde se conecta
el terminal negativo.
Condensadores En Serie
Del gráfico se puede ver si se
conectan 4 condensadores en serie, para hallar el condensador
equivalente se utiliza la fórmula:
1/CT = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + 1/C4
Pero fácilmente se puede hacer un
cálculo para cualquier número de condensadores con
ayuda de la siguiente fórmula
1 / CT = 1 / C1 + 1 / C2 + ………+ 1 /
CN Donde N es el número de condensadores
Condensadores en Paralelo
Del gráfico se puede ver si se
conectan 4 condensadores en paralelo, para encontrar el
condensador equivalente se utiliza la fórmula:
CT = C1 + C2 + C3 + C4
Fácilmente se puede hacer un
cálculo para cualquier número de condensadores con
ayuda de la siguiente fórmula:
CT = C1 + C2 + ………+ CN
Donde N es el número de
condensadores
Como se ve, para obtener el condensador
equivalente de condensadores en paralelo, solo basta con
sumarlos.
Capacitores Fijos
Estos Capacitores tienen una capacidad fija determinada
por el fabricante y su valor no se puede modificar. Sus
características dependen principalmente del tipo de
dieléctrico utilizado, de tal forma que los nombres de los
diversos tipos se corresponden con los nombres del
dieléctrico usado.
De esta forma podemos distinguir los siguientes
tipos:
• Cerámicos.
• Plástico.
• Mica.
• Electrolíticos.
• De tantalio.
Capacitores Cerámicos
El dieléctrico utilizado por estos Capacitores es
la cerámica, siendo el material más utilizado el
dióxido de titanio. Este material confiere al condensador
grandes inestabilidades por lo que en base al material se pueden
diferenciar dos grupos:
Grupo I: caracterizados por una alta
estabilidad, con un coeficiente de temperatura bien definido y
casi constante.
Grupo II: su coeficiente de temperatura no
está prácticamente definido y además de
presentar características no lineales, su capacidad
varía considerablemente con la temperatura, la
tensión y el tiempo de funcionamiento. Se caracterizan por
su elevada permisividad.
Las altas constantes dieléctricas
características de las cerámicas permiten amplias
posibilidades de diseño mecánico y
eléctrico.
Capacitores de plástico
Estos Capacitores se caracterizan por las altas
resistencias de aislamiento y elevadas temperaturas de
funcionamiento. Según el proceso de fabricación
podemos diferenciar entre los de tipo k y tipo MK,
que se distinguen por el material de sus armaduras (metal en el
primer caso y metal vaporizado en el segundo).
Según el dieléctrico usado se pueden
distinguir estos tipos comerciales:
KS: styroflex, constituidos por láminas de
metal y poliestireno como dieléctrico.
KP: formados por láminas de metal y
dieléctrico de polipropileno.
MKP: dieléctrico de polipropileno y
armaduras de metal vaporizado.
MKY: dieléctrco de
polipropileno de gran calidad y láminas de metal
vaporizado.
MKT: láminas de metal vaporizado y
dieléctrico de teraftalato de polietileno
(poliéster).
MKC: makrofol, metal vaporizado para
las armaduras y policarbonato para el
dieléctrico.
A nivel orientativo estas pueden ser las
características típicas de los capacitores de
plástico:
Capacitores De Mica
El dieléctrico utilizado en este tipo de
capacitores es la mica o silicato de aluminio y potasio y se
caracterizan por bajas pérdidas, ancho rango de
frecuencias y alta estabilidad con la temperatura y el
tiempo.
Capacitores electrolíticos
En estos capacitores una de las armaduras es de metal
mientras que la otra está constituida por un conductor
iónico o electrolito. Presentan unos altos valores
capacitivos en relación al tamaño y en la
mayoría de los casos aparecen polarizados.
Podemos distinguir dos tipos:
• Electrolíticos de aluminio: la
armadura metálica es de aluminio y el electrolito de
tetraborato armónico.
• Electrolíticos de tántalo:
el dieléctrico está constituido por óxido de
tántalo y nos encontramos con mayores valores capacitivos
que los anteriores para un mismo tamaño. Por otra parte
las tensiones nominales que soportan son menores que los de
aluminio y su coste es algo más elevado.
Capacitores De Doble Capa
Eléctrica
Estos Capacitores también se conocen como
supercapacitores o CAEV debido a la gran capacidad que tienen por
unidad de volumen. Se diferencian de los Capacitores
convencionales en que no usan dieléctrico por lo que son
muy delgados. Las características eléctricas
más significativas desde el punto de su aplicación
como fuente acumulada de energía son: altos valores
capacitivos para reducidos tamaños, corriente de fugas muy
baja, alta resistencia serie, y pequeños valores de
tensión.
Capacitores Variables
Estos Capacitores presentan una capacidad que podemos
variar entre ciertos límites. Igual que pasa con las
resistencias podemos distinguir entre Capacitores variables, su
aplicación conlleva la variación con cierta
frecuencia (por ejemplo sintonizadores); y Capacitores ajustables
o trimmers, que normalmente son ajustados una sola vez
(aplicaciones de reparación y puesta a punto).
La variación de la capacidad se lleva a cabo
mediante el desplazamiento mecánico entre las placas
enfrentadas. La relación con que varían su
capacidad respecto al ángulo de rotación viene
determinada por la forma constructiva de las placas enfrentadas,
obedeciendo a distintas leyes de variación, entre las que
destacan la lineal, logarítmica y cuadrática
corregida.
Autor:
Raúl Camacho Briñez Tutor
Virtual
SENA REGIONAL CUNDINAMARCA
Centro de Biotecnología
Agropecuaria