Unidad 02 - Componentes Pasivos - Incluye Bobina Que Es de La Unidad 04

ELECTRÓNICA APLICADA

Unidad 2: Componentes pasivos

02 Componentes pasivos

CONTENIDOS 1. Resistores • • • • •

Clasificación de los resistores Identificación de los resistores Medida de la resistencia de un resistor La resistencia, cualidad de los resistores Asociación de resistencias

2. Condensadores • • • •

Clasificación de los condensadores Identificación de los condensadores Fundamentos del funcionamiento de un condensador Asociación de condensadores

3. Bobinas • • • • •

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Campos magnéticos Ley de Faraday. Inducción electromagnética Coeficiente de autoinducción de una bobina Tipos de bobinas Asociación de bobinas


1. Resistores Los resistores son componentes pasivos diseñados para presentar un determinado valor de resistencia eléctrica y que sirven para: • Limitar la intensidad en determinados puntos de un circuito. • Proteger otros componentes del equipo. • Polarizar componentes como, por ejemplo, transistores (es decir, hacer que funcionen correctamente). Su valor nominal se da en ohmios (V), que es la unidad de medida de la resistencia.

Antes de analizar cómo podemos identificar los resistores, vamos a ver cuáles son los parámetros fundamentales que debemos tener en cuenta cuando vayamos a elegir un componente. Así, tendremos:

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–

Resistencia nominal

–

Potencia máxima

–

Tolerancia


1.1 Clasificación de los resistores • Fijos: presentan un valor óhmico que no podemos modificar. • Variables: presentan un valor óhmico que podemos variar nosotros mismos, modificando la posición de un contacto deslizante. • Especiales: varían su valor óhmico en función de la estimulación que reciben de un factor externo.

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Resistores fijos – Bobinados: están fabricados con hilos metálicos bobinados sobre núcleos cerámicos.

Resistores bobinados de potencia: son robustos y se utilizan en circuitos de alimentación, como divisores de tensión. Están formados por un soporte de porcelana o aluminio aglomerado sobre el que se devana el hilo resistivo.

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Resistores bobinados de precisión: su estabilidad es muy elevada y presentan una tensión de ruido poco relevante. El soporte, cerámico o de material plástico (baquelita), posee gargantas para alojar el hilo resistivo.


Resistores fijos – No bobinados: en estos resistores el material resistivo se integra en el cuerpo del componente. Son más pequeños y económicos que los bobinados y el material resistivo suele ser el carbón o una película metálica.

Los símbolos que más se utilizan en los esquemas eléctricos para los resistores fijos son los siguientes:

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Resistores variables Resistencias ajustables: tienen tres terminales, dos que fijan el valor nominal de la resistencia y uno común, de manera que puede variarse la resistencia (hasta su valor máximo) entre el común y cualquiera de los dos extremos.

Resistencias variables (potenciómetros): su estructura es semejante a la de los resistores ajustables, aunque la disipación de potencia es considerablemente superior.

Al igual que en los casos anteriores, cuando colocamos un resistor variable en un esquema debemos utilizar su símbolo. Los más utilizados son los siguientes:

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Resistores especiales – Termistores: los termistores son resistores que varían con la temperatura. • NTC (Negative Thermistor Coeficient): posee un coeficiente de temperatura negativo. • PTC (Positive Thermistor Coeficient): en este caso el coefi ciente de temperatura es positivo.

– Varistores o VDR: son resistores cuyo valor óhmico con la tensión. – Fotorresistores o LDR: el valor óhmico del componente disminuye al aumentar la intensidad de la luz que incide sobre él.

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Resistores especiales Los símbolos que debemos utilizar para representar cada uno de estos componentes se presentan en la siguiente tabla:

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1.2 Identificación de los resistores Existen diferentes formas para asignar los valores de los parámetros de clasificación. En el caso de los resistores lineales fijos, lo habitual es utilizar el código de colores para indicar el valor de la resistencia nominal y la tolerancia. La potencia máxima que aguanta el resistor viene determinada por el tamaño físico del mismo.

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Identificación de los resistores

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Identificación de los resistores El tamaño del resistor generalmente nos indica la potencia máxima a la que este puede trabajar y depende también de la fabricación del mismo.

Ejemplo de cómo varían los tamaños en los resistores aglomerados:

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Identificación de los resistores Otra forma de determinar el valor nominal de la resistencia, la tolerancia y la potencia en los resistores es mediante el marcado alfanumérico. Este método se utiliza en los resistores para montaje superficial (SMD), en los resistores variables y en los resistores fijos. Sistema que siguen los resistores SMD:

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Identificación de los resistores Los valores de los resistores que encontramos en el mercado siguen series estandarizadas.

Existen otras dos series: la E96, con una tolerancia del 0.61 %, utilizada en los resistores de precisión, y la E192, con una tolerancia del 0,5 %. 13


1. 3 Medida de la resistencia de un resistor El aparato que se utiliza para medir los resistores es el óhmetro. Generalmente, utilizaremos un polímetro o multímetro, que nos permitirá realizar diferentes medidas según las seleccionemos en el conmutador.

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1. 4 La resistencia, cualidad de los resistores Los materiales se pueden clasificar en función de su comportamiento ante la electricidad. De esta forma se puede decir que los materiales considerados aislantes o dieléctricos se oponen fuertemente al paso de la electricidad, es decir, que no dejan paso a la corriente eléctrica, y los conductores son los que presentan una resistencia muy baja. La resistencia eléctrica de un material conductor depende también de la longitud y del área de la sección del mismo. La resistencia de un material es directamente proporcional a su longitud, e inversamente proporcional al área. Se puede ver en esta fórmula:

Donde R es la resistencia, L es la longitud, S es la sección y r es la resistividad, que es un valor propio de cada conductor.

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La resistencia, cualidad de los resistores Se puede definir un concepto inverso al de resistencia. Si resistencia es la oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica, la conductancia será la mayor o menor facilidad que presenta un cuerpo para ser recorrido por la corriente eléctrica. Por tanto, la fórmula con que podemos calcularla será:

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1. 5 Asociación de resistencias Las resistencias se pueden asociar de diferentes maneras: en serie, en paralelo o combinando las dos anteriores, lo que llamamos asociación mixta.

A. Asociación en serie Cuando varias resistencias se conectan en serie, cada una con su valor óhmico, la resistencia total es la suma de todas esas resistencias. Este tipo de asociación tiene el siguiente aspecto:

La corriente eléctrica que circula por cada resistencia es la misma para todas ellas. Por ello, la resistencia total (magnitud física) ha de ser la suma del valor óhmico de cada una de las resistencias (componente) que forman la asociación. Por tanto, tendremos que la resistencia total, Rt, de este tipo de asociación será: 17


Asociación de resistencias B. Asociación en paralelo La disposición de resistencias conectadas en paralelo es la siguiente:

La asociación de resistencias en paralelo se caracteriza porque la corriente puede circular en ella por varios caminos, tantos como resistencias tenga la asociación. A estos caminos se los denomina ramas del circuito. 18


Asociación de resistencias C. Asociación mixta En la práctica, nos encontraremos asociaciones de resistencias que serán una mezcla de los dos tipos básicos que hemos visto hasta ahora. En estos casos, para poder calcular la resistencia total tendremos que aplicar las reglas de cálculo de cada asociación básica. Un ejemplo de asociación mixta es la siguiente:

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2. Condensadores

Los podemos encontrar dentro de circuitos como filtros, circuitos para sintonizar diferentes frecuencias, circuitos de protección contra sobrecargas, etc. Su parámetro fundamental es la capacidad, y se mide en faradios (F). Debemos tener en cuenta alguna de sus principales características: • Tensión máxima: es el valor máximo de tensión que podemos colocar entre los terminales del condensador sin que se estropee. • Polaridad: algunos condensadores tienen un polo positivo y otro negativo, y debe respetarse su orden a la hora de conectarlos. 20


2.1 Clasificación de los condensadores – Condensadores de capacidad fija (I)

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Clasificación de los condensadores – Condensadores de capacidad fija (II)

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Clasificación de los condensadores – Condensadores de capacidad variable

En los esquemas eléctricos deberemos representar el condensador con su símbolo normalizado: 23


2.2 Identificación de los condensadores En el caso de los condensadores nos encontramos con varias formas de marcado, en función de la capacidad y del tipo de material con el que están construidos. Vamos a analizar cada una de ellas.

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A. Marcado por código de colores Es similar al que se utiliza para los resistores, aunque sus bandas indican parámetros diferentes.

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Identificación de los condensadores •

B. Marcado alfanumérico En los condensadores de disco, la letra K indica que se trata de un condensador cerámico. Si el condensador no es de disco, esta letra indicará la tolerancia sobre la capacidad según la tabla que podemos a continuación.

El formato típico de este tipo de marcado es: Valor + letra tolerancia + tensión nominal

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Para el valor hay que tener en cuenta que: • Si no lleva coma decimal ni unidad, viene dado en picofaradios (pF). • Si lleva coma decimal, y no lleva unidad, viene dado en microfaradios (mF). • Si lleva unidad (n, p, K 5 Kp 5 n), esta sirve también de coma decimal.


Identificación de los condensadores •

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C. Código «101» de los condensadores

D. Condensadores electrolíticos

Se utiliza en condensadores cerámicos. En este código se imprimen tres cifras. Las dos primeras son cifras significativas, y la tercera indica el número de ceros que se le añaden a las otras dos. La capacidad viene dada en picofaradios (pF). Por ejemplo, si tenemos un condensador marcado con el código 403, el valor de la capacidad sería:

Los condensadores electrolíticos llevan marcado sobre su cuerpo el valor de la capacidad y la tensión nominal del mismo. Les dedicamos un apartado especial por el hecho de que algunos de ellos son condensadores con polaridad, y por tanto tienen un polo positivo y otro negativo. El polo negativo viene marcado sobre el cuerpo y mediante la longitud del terminal correspondiente (es más corto que el positivo).


2.3. Fundamentos del funcionamiento de un condensador

Está formado por un par de superficies conductoras separadas por un material dieléctrico o por el vacío, y que sometidos a una diferencia de potencial (d.d.p.) adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de las placas y negativa en la otra. De este modo, la carga almacenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de potencial entre esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la llamada capacidad. En el Sistema Internacional de Unidades la capacidad se mide en faradios (F), estas adquieren una carga eléctrica de 1 culombio (C). El valor de la capacidad de un condensador viene definido por la siguiente fórmula:

Donde: C 5 capacidad; Q 5 carga eléctrica almacenada en el condensador (dada en culombios); y V es la diferencia de potencial entre ambas placas. 27


2.4. Asociación de condensadores Al igual que ocurre con las resistencias, se pueden asociar varios condensadores de forma que todos ellos se comporten globalmente como si se tratara de un único condensador equivalente. La capacidad del condensador equivalente depende de la de los condensadores asociados y del tipo de disposición que se elija para ellos.

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A. Condensadores en serie Los condensadores pueden disponerse en serie, o en cascada, cuando la armadura de cada condensador se une con la armadura de signo contrario del siguiente condensador.

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Asociación de condensadores Por su parte, la capacidad equivalente de condensadores en serie sería:

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B. Condensadores en paralelo En la asociación de condensadores en paralelo, se conectan entre sí las armaduras de igual signo de todos los condensadores, de forma que el circuito principal se divide en varias ramas. El cálculo de la capacidad equivalente de una conexión en paralelo de condensadores se halla de la siguiente manera:

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3. BOBINAS

3.1. Campo magnético creado por un conductor Las líneas de fuerza de un campo magnético son cerradas. Sin embargo, las líneas de fuerza de un campo magnético que haya sido creado por un conductor son circulares y el conductor debe estar en el centro de las líneas de fuerza. A su vez, el campo magnético es perpendicular al campo eléctrico en cada punto, por lo tanto, el campo eléctrico en un conductor determinará la dirección en la que se desplaza la corriente eléctrica.

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3.2. Campo magnético creado por una bobina A un conjunto de espiras dispuestas de manera paralela se lo denomina bobina o solenoide. A su vez, las bobinas están compuestas por una o más capas de hilo conductor, normalmente de cobre, que, a su vez, están recubiertas por una capa de esmalte para que, cuando esté enrollado, las espiras no entren en contacto con ella y se pueda producir un cortocircuito. El campo magnético de una bobina o solenoide es la suma del campo magnético producido por las espiras que la forman. La bobina o solenoide basa su funcionamiento En los fenómenos magnéticos y eléctricos. Al circular corriente por las espiras de una bobina, se crea un campo magnético. 31

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3.3. Ley de Faraday. Inducción electromagnética Si se coloca un conductor eléctrico en forma de circuito en una región donde hay un campo magnético, y el flujo Ф a través del circuito varía con el tiempo, se puede observar una corriente en el circuito. La circulación de esta corriente provoca que se produzca una fuerza electromotriz inducida, cuyo valor depende de la variación del flujo del campo magnético con el tiempo: El significado del signo negativo es el sentido de la corriente inducida:

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Ley de Faraday. Inducción electromagnética El experimento que realizó Faraday consistía en lo siguiente: con dos bobinas, compuestas por cierta cantidad de espiras y colocadas cerca una de la otra sin que lleguen a tocarse, a una de las bobinas se le conectó una batería y a la otra un galvanómetro. Cuando a la bobina que estaba conectada a la batería se le hacía pasar corriente de forma intermitente, la aguja del galvanómetro se movía, pero sólo en los instantes en los que se conectaba y desconectaba a la batería, pero no se observaba desviación en el galvanómetro cuando la bobina se encontraba indefinidamente conectada a la batería. Faraday dedujo que el flujo magnético producido por una bobina conectada a la batería, tanto en la conexión como en la desconexión, existía una variación del flujo producido, pasando de ser nula a máxima y viceversa. Comprobó, además, que la variación de flujo de la bobina conectada a la batería inducía en la bobina que se encontraba conectada al galvanómetro una corriente eléctrica durante la conexión y la desconexión. 33

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3.4. El coeficiente de autoinducción y las bobinas El campo magnético creado por una bobina conectada a una batería es capaz de inducir una corriente eléctrica en otra bobina próxima a ella. Es decir, si tenemos una bobina por la que se hace pasar una corriente eléctrica variable, aquélla generará un campo magnético también variable. Este campo magnético induce una fuerza electromotriz (FEM) en cualquier otra bobina que se encuentre próxima al campo, pero también generará una fuerza electromotriz en la propia bobina, y a esta fuerza se la denomina fuerza electromotriz de autoinducción, oponiéndose esta fuerza a la FEM que la creó. La variación del flujo magnético en una bobina provoca que se induzcan en ella unas corrientes eléctricas. Este fenómeno se conoce con el nombre de autoinducción en la bobina. 34

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3.4.1. El coeficiente de autoinducción o inductancia En un inductor o bobina, se denomina inductancia, L, a la relación entre el flujo magnético, Ф, y la intensidad de corriente eléctrica, I. Este coeficiente se representa con la letra L y su unidad es el henrio (H). Viene dado por la siguiente fórmula: N: el número de espiras de la bobina; I: la intensidad de la corriente eléctrica en amperios (A); Ф: el flujo magnético en weber (Wb); L: la inductancia en henrios (H).

3.4.2. La bobina La bobina es un elemento con dos terminales que genera un flujo magnético cuando se hace pasar por ella una corriente eléctrica. Al igual que el condensador, este dispositivo almacena energía, pero en su caso lo hace en forma de campo magnético. En la actualidad se emplea con mucha frecuencia en circuitos electrónicos. Su unidad es el henrio (H) y sus símbolos: 35

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3.5. Tipos de bobinas y aplicaciones A. Fijas (Las bobinas fijas poseen un valor fijo de inductancia) B. Variables (Se puede ajustar su valor de inductancia)

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3.6. Asociación de bobinas En un circuito podemos encontrar bobinas conectadas en serie o en paralelo. El motivo de realizar este tipo de asociaciones es intentar conseguir un determinado coeficiente de autoinducción L que no podamos conseguir con una bobina individual. La inductancia equivalente (Leq ) o total, para la asociación en serie, vendrá dada por la suma de las inductancias que tengamos.

La inductancia equivalente (Leq) o inductancia total (LT) para la asociación en paralelo vendrá dada por:

Como se puede apreciar, la asociación de bobinas es similar a la asociación de resistencias. 37


Créditos: Autores del libro del alumno Guadalupe Carmona Rubio Tomás Díaz Corcobado Edición Estudio177.com, Eugenia Arrés López

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