Características de los resistores Voltaje nominal de trabajo continuo ( RCWV )
Es el voltaje máximo que se puede aplicar con seguridad a un resistor sin sobrepasar su potencia nominal (antes de que reviente). Como la potencia del resistor en función del voltaje y la resistencia está dada por: P r
=
V 2 R
Entonces el voltaje nominal del trabajo continuo está dado por: V RCWV
P r R
=
⋅
Esta propiedad está también ligada al tamaño del resistor. Cuando el resistor trabaje en régimen de impulsos, será particularmente importante la consideraci consideración ón de la rigidez rigidez dieléctrica dieléctrica del material aislante aislante que recubre recubre su cuerpo, aunque la potencia disipada sea pequeña. Resistencia Crítica ( Rc )
La resistencia crítica de un resistor, es la resistencia a la que se producen simultáneamente el voltaje máximo permitido y la disipación máxima de potencia. De la misma ecuación anterior que relaciona la potencia en el resistor en función de su voltaje y su resistencia, considerando los valores de voltaje máximo de la resistencia y la potencia máxima que pueda disipar, se obtiene la resistencia crítica dada por: 2
Rc
V máx máx
=
P máx máx
Nivel de ruido de fondo ( V noise )
También También conocido conocido como Efecto Johnson o ruido eléctrico. En un resistor, a cualquier temper temperatu atura ra por encima encima del cero cero absolu absoluto to (0 kelvin kelvin), ), el movimi movimient ento o aleato aleatorio rio de los electrones genera pequeñas corrientes y bajos voltajes de ruido en las terminales. Esos voltajes voltajes se determinan determinan por la temperatura temperatura absoluta, absoluta, el valor de la resistenci resistenciaa y el ancho de banda. Dicho de otra forma, todos los resistores presentan en sus bornes una tensión parásita debido al efecto de ruido por agitación térmica. El valor del ruido de fondo está dado por: V noise
4 kTRf
=
Donde: −
1,3 8× 1 0
k : Constante de Boltzmann (
T : Temperatura absoluta en kelvin. R: R: Resistencia en Ω f : Frecuencia en Hz
[ ])
2 3 J
K
Este parámetro es de importancia al trabajar con altos valores de resistencia, tensiones continuas elevadas, circuitos con alta ganancia (niveles de entrada muy bajos), aplicaciones en frecuencias de audio (zumbidos). El efecto de ruido eléctrico que puede provocar un resistor, se manifiesta por la presencia en sus bornes de señales aleatorias, ajenas al circuito y que interfieren la señal procesada por este. Dicho efecto indeseable puede estar producido por la propia agitación térmica de las cargas eléctricas libres en el seno del material resistivo ( Efecto Johnson) o tener su origen en la variación de la resistencia de contacto entre partículas que constituyen el material ( Efecto Bernamont ). En general, el ruido térmico es el predominante en los resistores y su tensión eficaz depende de la temperatura, el valor resistivo y del ancho de banda considerado. Temperatura máxima de funcionamiento
Es la temperatura ambiente máxima a la cual puede ser utilizado el resistor. Cuando la temperatura ambiente aumenta, es necesario disminuir la potencia nominal admisible (reduciendo el voltaje aplicado), con objeto de mantener la temperatura dentro de los límites admisibles, como consecuencia del equilibrio generación-disipación de calor. En otras palabras, es la máxima temperatura ambiente a la que el dispositivo puede trabajar sin deteriorarse. La disipación de potencia disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente en la que está trabajando. Efectos de alta y baja frecuencia
En altas frecuencias, debido al efecto pelicular, la resistencia de un conductor aumenta. Este aumento varía de unos componentes a otros. Debido a la inductancia de las terminales y los conductores en los resistores de devanados además de la capacitancia entre las terminales y entre las partículas de carbón en los resistores de composición, y la capacitancia entre las vueltas de los resistores de devanado; el modelo de alta frecuencia de un resistor difiere del de baja frecuencia. A frecuencias bajas, el resistor actúa como ideal presentando a la corriente una resistencia igual al valor nominal del resistor, sin embargo cuando aumenta la frecuencia, la impedancia del resistor adquiere estructura compleja, apareciendo elementos parásitos que desvirtúan el comportamiento ideal del resistor. Uno de los posibles circuitos equivalentes para representar el comportamiento en frecuencia del resistor es:
En el circuito equivalente del resistor aparecen dos inductancias correspondientes a los cables de conexión, la resistencia propia del resistor y la capacitancia del mismo. Este último elemento es el que tiene mayor importancia en resistores de carbón de alto valor, mientras que el elemento inductivo adquiere importancia en resistores bobinados. Por estas razones las características constructivas y los materiales utilizados para el diseño de los diferentes tipos de resistores caracterizan el comportamiento de estos con la frecuencia.
El comportamiento en alta frecuencia de un resistor depende de los efectos capacitivos e inductivos asociados al componente, además del efecto resistivo predominante a frecuencias bajas. Ello lleva a la necesidad de considerar al resistor real, no como un elemento resistivo, si no como un dispositivo pasivo más complejo cuyo equivalente puede ser:
El efecto inductivo es muy significativo en los resistores bobinados, por la gran longitud de hilo de aleación metálica utilizado en su fabricación, y en los resistores de película de valor óhmico elevado (mayor a 100 k Ω) que requieren un “espiralado” (corte en forma espiral de la película resistiva) para conseguir una alta resistencia en un cuerpo resistivo de poca longitud. Los resistores de carbón tienen un mal comportamiento en alta frecuencia. Los bobinados también presentan problemas en su comportamiento con la frecuencia ya que la impedancia que presentan varía de unas frecuencias a otras según la siguiente figura.
Esto es particularmente cierto para resistencias de pequeño valor en el margen de frecuencias entre 10MHz y 200MHz . Como ya se ha dicho el componente inductivo adquiere mucha más importancia en resistores bobinados que en los de carbón y su valor puede calcularse utilizando la fórmula aproximada para el cálculo de la inductancia en bobinas con núcleo de aire de simple capa:
Donde: r : Radio en cm. l : Es la longitud del bobinado en cm. N : Es el número de espiras. L: Es la inductancia en µH. La fórmula anterior tiene una precisión del 1% siempre que
l > 0,67 r .
Puesto que los resistores bobinados inicialmente presentan comportamiento inductivo, la impedancia de estos componentes aumenta inicialmente con la frecuencia a una frecuencia f r , sin embargo, la inductancia resonará con la capacitancia en paralelo. Esta frecuencia corresponderá a un pico de impedancia. Cualquier incremento posterior de frecuencia provocará una disminución de la impedancia como se muestra en el gráfico de impedancia v/s frecuencia anterior. Los resistores de película metálica parecen tener el mejor comportamiento con la frecuencia. Su circuito equivalente es el mismo que los resistores de carbón y bobinados pero el valor de sus elementos parásitos es menor. La impedancia de los resistores de película metálica tiende a disminuir con la frecuencia alrededor de los 10MHz como se muestra en el siguiente gráfico. A altas frecuencias, y con resistencias de pequeño valor (por debajo de 50 Ω ), la inductancia de los cables de conexión y el efecto pelicular pueden llegar a ser importantes. La inductancia produce un pico de resonancia como se muestra para la resistencia de 5Ω, y el efecto pelicular disminuye la pendiente de caída de la curva con la frecuencia. Muchos fabricantes proporcionan hojas de datos del comportamiento en frecuencia de los resistores pero a menudo, en ellas no están considerados los cables de conexión y es necesario calcular la impedancia de los mismos a una determinada frecuencia para obtener el modelo total equivalente. La tendencia actual en la tecnología de resistores es eliminar o reducir en la mayor medida posible las reactancias parásitas en los mismos. Esto ha llevado al desarrollo de los resistores de película delgada (thin film resistors). Se realizan generalmente sobre sustrato de alumina o berilio y tienen tamaños muy pequeños (del orden de 1mm, incluso menos) y ofrecen reactancias parásitas muy pequeñas hasta frecuencias de 2GHz.
