Apuntes: Resistencias
Índice
1. Las resistencias ... 2
1.1. Tipos de montaje o de PCBs ... 2
1.2. Tipos de resistencias según su valor ... 4
1.3. Valores normalizados para las resistencias fijas ... 11
1.4. Marcaje de valores de las resistencias ... 13
1.5. Potencia máxima disipable ... 16
1.6. Otros datos sobre las resistencias ... 17
1. Las resistencias
Las resistencias son los componentes utilizados para introducir, en efecto, una resistencia eléctrica en el circuito. Pese a que esto nos pueda parecer, a priori, una forma inútil de perder energía en forma de calor, la utilidad de ellas es, muchas veces, de distribuir correctamente la tensión y la corriente eléctrica entre los diferentes elementos del circuito.
Esto es así porque, como veremos, muchos componentes utilizados tienen unos rangos de tensión e intensidad de trabajo. Las resistencias pueden ayudarnos a conseguir estos rangos de trabajo en dichos componentes.
Las resistencias se clasifican por tipos según cómo están fabricadas, lo cual influye en la cantidad de potencia que estas pueden disipar y también según su valor óhmico sea fijo, variable o dependiente.
1.1. Tipos de montaje o de PCBs
Antes de empezar a hablar de las resistencias, se debe comenzar a hablar de las dos formas de fabricación que existen para crear circuitos impresos o PCBs (Printed Circuit Board).
Una PCB sería un circuito eléctrico cuyos componentes y conductores estarían contenidos dentro de una estructura mecánica. De esta forma, las PCBs consiguen circuitos compactos y resistentes. Dichas placas se componentes de varias capas de cobre aisladas entre sí y que serán los conductores que permitan conectar los diferentes componentes de la placa entre ellos.
Figura 1: Ejemplo de PCB o circuito impreso
Las diferentes tecnologías de fabricación son la tecnología PTH (plated-through holes) y la tecnología SMD (Surface mounted Device).
En el caso de la tecnología PTH, lo que se hace es perforar la placa y se introducen los pines del componente por los agujeros, soldándolos en el otro lado. En el caso de la
tecnología SMD, lo que se hace es soldar los componentes en la superficie de la placa, sin necesidad de una perforación. A su vez, se debe dejar expuesto el material conductor de la placa en las zonas de contacto entre esta y los pines de los componentes soldados.
Figura 1: Resistencias en montaje PTH y SMD
Las ventajas de la tecnología PTH es que son más fáciles de soldar manualmente y son más resistentes que las placas SMD. Las ventajas de las SMD, por su parte, es que son más pequeñas y baratas y que son más fáciles de montar por una máquina. De esta forma, la tecnología PTH se utiliza al fabricar una cantidad pequeña de unidades o para fabricar PCBs que se utilicen en ambientes que requieran de una gran resistencia mecánica. Las SMD, por su parte, se utilizarán en fabricación en serie o cadena por sus ventajas en coste y tamaño. Existen PCBs de una cara, de doble cara y multicapa, que van permitiendo cada vez más conexiones por unidad de superficie.
Veremos posteriormente que el marcaje utilizado para indicar su valor óhmico sigue diferentes criterios según el tipo de las resistencias utilizadas.
Figura 2: Estructura PCB de una cara
Figura 3: Estructura PCB de doble cara
Figura 4: Estructura PCB multicapa
1.2. Tipos de resistencias según su valor
Como se ha dicho anteriormente, podemos clasificar las resistencias según su valor óhmico en fijas, variables o dependientes.
1.2.1. Resistencias fijas
Las resistencias fijas son aquellas que se fabrican con la intención de que su valor de resistencia frente al paso de la corriente eléctrica sea constante. Existen diferentes formas de fabricación, que son:
- Resistencias aglomeradas: se componen de una mezcla de grafito y un material aislante (resina, talco, etc.), que, en las proporciones adecuadas, se podrían obtener una amplia gama de valores. Esto se recubriría con un plástico o resina, que es donde se pintaría el código de colores de la resistencia. Una ventaja es
que soportan mucha potencia en relación a su tamaño, pero su valor cambia con el exceso de temperatura y son poco empleadas por ese motivo.
- Resistencias de película de carbón: consisten en un núcleo cilíndrico cerámico sobre el cuál se deposita una película de carbón. Haciendo surcos sobre el cilindro, se consigue una hélice de carbón. Controlando el paso de dicha hélice, se controla la longitud total y, por ende, el valor de la resistencia.
Posteriormente, se recubriría esto con una resina y se pintarían los colores de la resistencia. Se consigue una amplia gama de valores y con buena precisión (poca tolerancia).
Figura 5: Resistencias de película de carbón
- Resistencias de película metálica: como las anteriores, pero sustituyendo el carbón por una aleación metálica de alta resistividad. Son resistencias muy estables ante la variación de temperatura y además se consiguen tolerancias muy bajas en su fabricación. Por ende, son las resistencias más utilizadas hoy en día.
Figura 6: Resistencias de película metálica
- Resistencias bobinadas: se fabrican bobinando un hilo resistivo alrededor de un cilindro aislante hasta obtener el valor óhmico buscado. Se utilizan para disipar grandes potencias, de más de 100 watios, y suelen tener una tolerancia del 10%.
El mayor problema que presentan estas resistencias es que son inductivas y funcionan mal con altas frecuencias.
Figura 7: Resistencias bobinadas
- Resistencias de lámina metálica: consisten en una lámina de un material metálico montada sobre un material con alta conductividad térmica. Son resistencias con muy baja tolerancia, bajo coeficiente de temperatura y muy estables.
1.2.2. Resistencias variables
Son resistencias a las que se les puede modificar su valor óhmico desde cero hasta su valor nominal. También se les llama potenciómetros y sirven para ajustar las magnitudes eléctricas de los circuitos. Muchas veces se utilizan como control externo de aparatos electrónicos, por ejemplo, como control de volumen, de velocidad de una máquina, control de intensidad de luz, etc. También se pueden utilizar como sensores de posición.
Estas resistencias constan de dos o tres terminales (comúnmente tres) y su estructura consistiría en una resistencia fija sobre un soporte circular con un contacto móvil acoplado que estaría unido a un tercer terminal, que suele ser el central (C). Moviendo este contacto a lo largo de la resistencia, varío la longitud de dicha resistencia entre un terminal de los extremos y el contacto móvil, variando, a su vez, el valor óhmico entre dichos contactos. También existen potenciómetros lineales, pero son menos frecuentes.
En el caso de potenciómetro de tres terminales, la resistencia entre los terminales de los extremos será fija e igual a la máxima que puede alcanzar. La resistencia entre el terminal central (C) y otro, dependerá de la posición del contacto móvil.
Figura 8: Esquema interno de un potenciómetro
Figura 9: Foto de un potenciómetro
Figura 10: Símbolos de potenciómetros
1.2.3. Resistencias dependientes
Son aquellas resistencias cuyo valor óhmico depende de propiedades físicas como la luz, la tensión, la temperatura, la presión, la tracción mecánica, etc. Se utilizan en sensórica o cuando queremos manipular el funcionamiento de un circuito en función de un factor externo determinado. Hay diferentes tipos:
- Resistencias dependientes de la temperatura: Resistencias cuyo valor óhmico depende de la temperatura a la que se encuentran. Su resistencia podrá aumentar o disminuir con la temperatura según los materiales de los que estén construidas. Las resistencias con un coeficiente de temperatura negativo (NTC) estarán hechas a base de óxidos semiconductores y su resistencia baja con el incremento de la temperatura. Las resistencias con un coeficiente de temperatura positivo (PTC) estarán hechas a base de metales y su resistencia aumenta con el incremento de la temperatura.
Figura 11: Resistencia frente a temperatura en NTC y PTC
Figura 12: Símbolos de resistencias PTC y NTC
- Resistencias dependientes de la luz (LDR): posee componentes cuya resistencia eléctrica varía con la intensidad lumínica que incide sobre ellos.
Figura 13: Resistencia frente a intensidad lumínica en una LDR
Figura 14: Símbolos de resistencias LDR
Figura 15: Resistencia LDR
- Resistencias dependientes de la tensión (VDR): son componentes cuya resistencia eléctrica se modifica con la tensión que se aplica entre sus extremos.
El valor de la resistencia bajaría al aumentar la diferencia de potencial entre sus extremos. Las resistencias VDR se emplean para estabilizar tensiones.
Figura 16: Resistencia frente a tensión en una VDR
- Resistencias dependientes del campo magnético (MDR): su valor óhmico depende del campo magnético sobre el que se encuentran. Se utiliza en sensores de campo magnético y en los cabezales de los discos duros mecánicos.
Figura 17: Disco duro mecánico
- Bandas extensiométricas: las bandas o galgas extensiométricas modifican su valor óhmico en función de las deformaciones y tensiones mecánicas a las que son sometidas. Su funcionamiento se basa en que, al estirar un conductor, este se alarga y se estrecha, aumentando su resistencia. Ocurriendo lo contrario al comprimirlo. De esta forma, las galgas extensiométricas pueden ser utilizadas para medir fuerzas y/o esfuerzos.
Figura 18: Galga extensiométrica
1.3. Valores normalizados para las resistencias fijas
En el mercado no se pueden encontrar resistencias del valor que queramos. Existe una serie de valores estandarizados, indicados en una norma, que son los que se fabrican en serie, de igual manera que ocurre con otros componentes como los tornillos. Esto permite la fabricación en serie reduciendo considerablemente los costes de producción.
Para entender qué valores están disponibles en el mercado, primero debemos saber que se han establecido 6 series en función de la tolerancia de las resistencias y de la cantidad
de valores que incluyen. La tabla siguiente muestra las series existentes con sus tolerancias:
Tabla 1: Series normalizadas de resistencias
Serie Tolerancia (%) Número de valores
E6 ±20 6
E12 ±10 12
E24 ±5 24
E48 ±2.5 48
E96 ±1 96
E192 ±0.5 192
Cada serie dispondrá de los valores que, teniendo en cuenta su tolerancia, se podrían abarcar todos los valores del 1 al 10. Por ejemplo, la serie E12 cuenta con los valores 1,0 – 1,2 – 1,5 – 1,8 – 2,2 – 2,7 – 3,3 – 3,9 – 4,7 – 5,6 – 6,8 – 8,2. Teniendo en cuenta que la tolerancia es del ±10%, puedo ver que la resistencia de 3,9 cubre desde el 3,5 hasta el 4,2 y, por ejemplo, la resistencia de 4,7 cubriría desde el 4,2 hasta 5,2.
En general, para obtener los valores normalizados se puede utilizar la expresión:
𝑅 = 𝑎 ∗ 10((𝑛−1)𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒) Donde:
R = valor nominal de la resistencia, en Ohmios [Ω]
a = multiplicador en base 10, desde 10-2 hasta 106, pudiendo llegar al orden de MΩ n = índice de la serie, desde 1 hasta el número de la serie
serie = número de la serie (6, 12, 24, 48, 96 o 192)
Los valores de cada serie pueden ser consultados en tablas como la de la siguiente figura:
Figura 19: Tabla con valores normalizados de las resistencias
1.4. Marcaje de valores de las resistencias
Existen tres maneras de marcar los valores óhmicos en las resistencias: mediante un valor numérico, mediante un código de colores y mediante el marcado alfanumérico, utilizado en resistencias SMD. En el caso del marcado del valor numérico, el valor de la resistencia es sencillamente el número escrito. Muchas veces se utilizarían múltiplos como “k” o “M” y también se indica la coma decimal con las letras “R” o “Ω”. Por ejemplo: 10K, 15M, 1Ω2, 6R8, R10, etc. Este tipo de marcaje numérico también se utiliza en otros componentes como los condensadores.
1.4.1. Marcaje mediante código de colores
Una forma de marcar el valor óhmico de una resistencia es dibujando unos anillos de diferentes colores. Esto se hace así porque a veces, debido al pequeño tamaño de las resistencias, puede ser más complicado y costoso escribir el valor numérico que pintar estos anillos de colores.
Mediante un código, se puede calcular fácilmente el valor óhmico de las resistencias. Así pues, encontraremos resistencias con 4, 5 o 6 bandas o anillos dibujadas. En las resistencias de 5 y 6 bandas, aquella banda que esté más separada será la que indique la tolerancia de la resistencia. Las otras, que estarán más juntas entre sí, servirán para especificar el valor nominal de la resistencia.
Así pues, viendo la resistencia de tal forma que la banda separada quede a la derecha, las primeras bandas de las que están juntas indicarán un número y, la última de las que están juntas, un multiplicados con base 10.
En las resistencias de 6 bandas, se añade una banda que indica cuánto varía la resistencia en PPM (partes por millón) por cada grado centígrado. Esta banda se encontraría a la derecha de la banda de tolerancia.
En la figura siguiente se puede ver un ejemplo para resistencias de 4, 5 y 6 bandas.
Figura 20: Código de colores para las resistencias
Calculadora de código de colores en resistencias fijas:
https://www.digikey.es/es/resources/conversion-calculators/conversion-calculator- resistor-color-code
1.4.2. Marcaje de resistencias para montaje superficial (SMD)
El pequeño tamaño de las resistencias utilizadas en montaje superficial hace difícil escribir su valor óhmico mediante código de colores. Por ello, en vez de esto, se utiliza un código alfanumérico. En la mayoría de casos veremos tres dígitos, de los cuales los dos primeros indicarán valores numéricos y, el tercero, será un multiplicador con base 10. Habrá ocasiones donde aparezca una R, que indicará que ahí deberíamos escribir una coma decimal, y en ese caso no habrá ningún multiplicador.
Veremos que se emplean cuatro dígitos para indicar el valor óhmico de aquellas resistencias con tolerancias muy bajas, por ejemplo, del 1%. En este caso, los tres primeros dígitos indicarían el valor numérico y el último sería el multiplicador en base 10.
Figura 21: Ejemplo de marcados en resistencias SMD
Realmente existe otro sistema de codificación, llamado EIA-96, para las resistencias SMD de 1% de tolerancia. En este código aparecerían tres caracteres, los dos primeros podrían tener un valor desde el 01 hasta el 96 y el tercero sería una letra que indicaría el multiplicador. Al final, indicaría un valor de las tablas de valores de la categoría E96 y el multiplicador.
Figura 22: Código EIA-96 en resistencias SMD
Nos damos cuenta de que los códigos de tres y cuatro dígitos utilizados en las resistencias SMD no nos proporcionan ninguna forma de calcular la tolerancia. En la mayoría de los casos, una resistencia SMD marcada con un código de 3 dígitos tendrá una tolerancia del 5%, y una resistencia marcada con un código de 4 dígitos o con el código del EIA-96 tendrá una tolerancia del 1%. Esto es algo que no se cumple siempre así que habría que revisar las hojas de características para asegurarse.
1.5. Potencia máxima disipable
Pese a que la función de las resistencias en los circuitos no es la de calentarse, es inevitable que se produzca este fenómeno. Dicho calentamiento vendrá determinado por la potencia disipada en la resistencia, que dependerá de los valores de tensión e intensidad a la que esté sometida. De esta forma, cuando queremos incluir una resistencia en un circuito, debemos de calcular cuál será la potencia que dicha resistencia va a disipar y ver si es capaz de disiparla.
A mayor tamaño, más capacidad de evacuación de calor tendrán las resistencias y más potencia podrán disipar. Si calculamos mal esto, podríamos quemar las resistencias.
Para el caso de las resistencias de usadas en montaje PTH, existen resistencias cuya potencia disipada puede ir desde menos de 1/8 de Watio hasta más de 100 W. Se puede ver para qué potencia están preparadas según su tamaño.
Figura 23: Potencia máxima disipada y tamaño de resistencias
La potencia máxima disipada de las resistencias SMD también dependerá del tamaño.
De todas formas, lo ideal para saber cuál es la potencia máxima que puede disipar una resistencia es ver su hoja de características.
1.6. Otros datos sobre las resistencias
Otros valores sobre las resistencias que puede ser interesante conocer y que aparecen en las hojas de características son:
- Temperatura mínima y máxima de operación
- Coeficiente de temperatura: viene dado en PPM/ºC, e indica en cuantas partes por millón sobre el valor óhmico nominal variaría la resistencia con cada grado de temperatura de diferencia. 𝑅(𝑇) = 𝑅𝑛𝑜𝑚∗ (1 +
𝑃𝑃𝑀 º𝐶
106 ∗ 𝛥𝑇)
- Tensión máxima de funcionamiento: tensión máxima en continua o alterna a 50 Hz a la que puede trabajar la resistencia.
Ejemplo de hoja de características: http://www.juntadeandalucia.es/averroes/centros- tic/29009909/helvia/aula/archivos/_56/RESISTENCIAS-TABLAS.pdf
