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May 27, 2024

¿Qué hay que saber sobre las resistencias?

Resistencia: trozo pasivo de material que resiste el flujo de corriente eléctrica. Se conecta un terminal a cada extremo y ya está. ¿Qué podría ser más sencillo? Resulta que no es nada tan sencillo.

Resistencia: trozo pasivo de material que resiste el flujo de corriente eléctrica. Se conecta un terminal a cada extremo y ya está. ¿Qué podría ser más sencillo?

Resulta que no es nada tan sencillo. Después de todo, la temperatura, la capacitancia, la inductancia y otros factores influyen en hacer de la resistencia un componente bastante complejo. Incluso sus usos en circuitos son muchos, pero aquí solo nos centraremos en los diferentes tipos de resistencias de valor fijo, cómo se fabrican y qué las hace deseables para diferentes aplicaciones.

Empecemos por uno sencillo, y uno de los más antiguos.

A menudo se les conoce como resistencias "antiguas" y se usaron ampliamente en la década de 1960, pero con la introducción de otros tipos de resistencias y su costo relativamente alto, ahora se usan menos. Consisten en una mezcla de polvo cerámico y carbono unidos mediante resina. El carbono es un buen conductor eléctrico y cuanto mayor es la concentración de carbono en la mezcla, menor es la resistencia. Los cables están unidos a los extremos. Luego se recubren con pintura o plástico como aislante y se pintan franjas de diferentes colores para indicar el valor de resistencia y la tolerancia.

La resistencia de estas resistencias de composición de carbono puede verse alterada permanentemente por una exposición prolongada a una humedad elevada, por un estrés excesivo por el voltaje y por un sobrecalentamiento al soldar. Las tolerancias son del 5% o más. Dado que son básicamente un cilindro sólido, tienen buenas características de alta frecuencia. También tienen una buena capacidad para resistir la sobrecarga de calor comparable a su pequeño tamaño, por lo que todavía se utilizan en fuentes de alimentación y controles de soldadura.

Sin embargo, su antigüedad no me impidió utilizar una bolsa de ellos que había comprado en una tienda de segunda mano para compensar las diferentes resistencias que necesitaba para un reproductor de música con temporizador 555. Ese es mi error que ves en la foto de arriba.

El coeficiente de resistencia a la temperatura (TCR) de las resistencias de película de carbono suele estar entre 200 y 500 ppm/C. 200 ppm/C significa que por cada 1C la resistencia no cambiará en más de 200 ohmios por cada 1 Mohm del valor de la resistencia. En términos porcentuales, es un cambio de 0,02%/C. Entonces, para un cambio de temperatura de 80 °C, 200 ppm/C significa un cambio de resistencia del 1,6 % o 16 kiloohmios.

Las resistencias de película de carbono suelen oscilar entre 1 ohmio y 10 kiloohmios, tienen potencias nominales de 1/16W a 5W y pueden manejar voltajes en kilovoltios. Los usos típicos son fuentes de alimentación de alto voltaje, rayos X, láseres y radares.

La película metálica se fabrica de manera similar a la película de carbono, depositando una capa de metal (a menudo de níquel-cromo) sobre cerámica y luego tallando una hélice en el metal. Según un documento del fabricante Vishay, después de colocar los terminales, antiguamente la hélice se recortaba mediante esmerilado o chorro de arena, pero hoy en día el recorte se realiza mediante láser. Luego, el resultado se recubre con laca y se etiqueta mediante códigos de colores o texto real.

El cambio de resistencia de la película metálica debido a la temperatura es menor que el de la película de carbono. El TCR de una película metálica está entre 50 y 100 ppm/C, que para las 50 ppm/C equivale a 0,005%/C. Usando el mismo ejemplo que para la película de carbono de 1 Mohm anterior, para un cambio de temperatura de 80 °C, 50 ppm/C equivale a un cambio del 0,4 % o 4 kiloohmios.

La película metálica también comienza con una tolerancia más baja, 0,1%. También tienen buenas características de ruido, baja no linealidad y buena estabilidad a largo plazo, además de una amplia gama de usos.

Son muy parecidas a las resistencias de película metálica, excepto que el metal suele ser óxido de estaño contaminado con óxido de antimonio para mayor resistencia. Esto le da un mejor rendimiento que la película de carbón o la película metálica en términos de tensión nominal, sobrecargas, sobretensiones y altas temperaturas. Mientras que las resistencias de película de carbono están clasificadas para aproximadamente 200 °C y las de película metálica, 250-300 °C, las de óxido metálico funcionan con 450 °C. Sin embargo, tienen propiedades de estabilidad inferiores.

Las resistencias bobinadas se fabrican enrollando un cable alrededor de un cilindro de plástico, cerámica o fibra de vidrio. Dado que el cable se puede cortar a una longitud precisa, estos pueden tener un valor de resistencia de alta precisión con una tolerancia del 0,1% o mejor. Para conseguir una alta resistencia el cable tiene que ser muy fino y muy largo. El cable puede ser delgado para potencias más bajas o más grueso para potencias más altas. Puede estar hecho de varias aleaciones, incluidas níquel-cromo, cobre, plata, hierro-cromo y tungsteno.

Por lo general, están diseñados para soportar altas temperaturas según el material del alambre utilizado; los de tungsteno puro tienen una temperatura nominal máxima de 1700 °C, aunque los de plata pueden estar en el rango de 0 a 150 °C. El TCR para resistencias bobinadas de precisión es de alrededor de 5 ppm/C. Para resistencias bobinadas de alambre de alta potencia, el TCR es mayor y esto varía más.

Las resistencias bobinadas de alambre de alta potencia pueden oscilar entre 0,5 W y 1000 W y las de cientos de vatios pueden recubrirse con silicona de alta temperatura o esmalte vítreo. Para una mayor disipación de calor, incluso puede haber una carcasa de aluminio que tenga aletas que actúen como disipador de calor, aunque parecen estar en el rango de 50W.

Dado que el cable enrollado es básicamente una bobina, tiene suficiente inductancia y capacitancia para tener malas propiedades a altas frecuencias. Para reducir o eliminar esto, se realizan otras formas de enrollarlo, como el enrollado bifilar, el enrollado sobre forma plana y el enrollado Ayrton-Perry como se muestra en la ilustración.

En el caso del devanado bifilar, se elimina la inducción pero la capacitancia es alta. Al enrollarlos en una forma plana muy delgada, los cables quedan muy juntos y se reduce la inducción. Y con el devanado Ayrton-Perry, dado que los devanados con corriente en direcciones opuestas están cerca uno del otro, la autoinducción disminuye y la capacidad se minimiza ya que los potenciales son los mismos en las intersecciones.

Los potenciómetros suelen ser resistencias bobinadas debido a su durabilidad. Las resistencias bobinadas también se utilizan a menudo en disyuntores o fusibles. Y su inducción se puede mejorar y aprovechar como sensores de corriente midiendo la reactancia inductiva para determinar la corriente que fluye a través de ella.

Como puede imaginar, las resistencias de lámina utilizan una lámina de varias micras de espesor, generalmente una aleación de níquel-cromo con aditivos montados sobre un soporte cerámico. Tienen la mejor estabilidad y precisión de todas las resistencias a pesar de existir desde la década de 1960. El valor de resistencia deseado se obtiene fotograbando un patrón en la lámina. No tienen inductancia, baja capacitancia, buena estabilidad y rápida estabilización térmica. La tolerancia puede ser tan baja como 0,001%.

El TCR es de alrededor de 1 ppm/C. En comparación con la película metálica de 1 Mohm anterior, para un cambio de temperatura de 80 °C, es un cambio de solo 0,008 % u 80 ohmios. Es interesante cómo se logra esto. A medida que aumenta la temperatura, por supuesto aumenta la resistencia. Pero la resistencia está hecha de tal manera que el aumento de temperatura provoca la compresión de la lámina, lo que resulta en una caída de la resistencia. El efecto neto es un cambio muy pequeño en la resistencia.

Sin inductancia, las resistencias de lámina son buenas para aplicaciones de audio en las que intervienen altas frecuencias. También se prestan a aplicaciones que requieren precisión, como en balanzas electrónicas. Y, por supuesto, cualquier lugar con grandes cambios de temperatura también puede utilizarlos.

La mayoría de las resistencias de dispositivos de montaje en superficie (SMD) son de este tipo. La película de las resistencias de película gruesa es aproximadamente 1000 veces más gruesa que la de las resistencias de película delgada y las resistencias de película gruesa son las menos costosas del mercado. La película delgada cuesta mucho más que la película gruesa.

Las resistencias de película delgada se fabrican pulverizando níquel-cromo (generalmente) sobre un sustrato aislante. Luego se graba mediante fotograbado, abrasivo o corte con láser. Las resistencias de película gruesa se fabrican mediante un proceso de impresión con pantalla y plantilla. La película es una mezcla de un aglutinante, un portador y un óxido metálico. El recorte final se realiza mediante corte abrasivo o láser.

Las tolerancias de las películas finas son tan buenas como 0,1% y el TCR es de 5 a 50 ppm/C. Para películas gruesas, las tolerancias son tan buenas como el 1% con TCR de 50 a 200 ppm/C. La película delgada también tiene un ruido de resistencia menor que la película gruesa.

Las aplicaciones típicas de películas delgadas son aquellas donde se requiere alta precisión. La película gruesa tiene aplicación en prácticamente cualquier dispositivo eléctrico: algunas PC contienen más de 1000 resistencias SMD de película gruesa.

También existen otros tipos de resistencias de valor fijo, pero las anteriores son las que es más probable que se encuentren en los cajones de resistencias de las personas. ¿Hay algún tipo que le resulte especialmente útil para alguna aplicación? Si es así, compártelo con nosotros en los comentarios a continuación, junto con cualquier otro tipo que utilices con frecuencia. Y si desea conocer más los componentes típicos que puede encontrar o desear para su colección, considere consultar nuestro artículo sobre condensadores.