Componentes pasivos

RESISTENCIAS
Desde el punto de vista de vista de la resistividad , podemos encontrar materiales conductores (no presentan
ninguna oposición al paso de la corriente eléctrica), aislantes (no permiten el flujo de corriente), y resistivos
(que presentan cierta resistencia). Dentro de este último grupo se sitúan las resistencias.
El objetivo de una resistencia es producir una caída de tensión que es proporcional a la corriente que la
atraviesa.
Resistencias de hilo bobinado
Fueron de los primeros tipos en fabricarse, y aún se utilizan cuando se requieren potencias algo elevadas de
disipación. Están constituidas por un hilo conductor bobinado en forma de hélice o espiral (a modo de rosca
de tornillo) sobre un sustrato cerámico.
Las patas de conexión se implementaban con hilo enrollado en los extremos del tubo de grafito, y
posteriormente se mejoró el sistema mediante un tubo hueco cerámico (figura inferior) en el que se prensaba
el grafito en el interior y finalmente se disponían unas bornas a presión con patillas de conexión.
Las resistencias de este tipo son muy inestables con la temperatura, tienen unas tolerancias de fabricación muy
elevadas, en el mejor de los casos se consigue un 10% de tolerancia, incluso su valor óhmico puede variar por
el mero hecho de la soldadura, en el que se somete a elevadas temperaturas al componente. Además tienen
ruido térmico también elevado, lo que las hace poco apropiadas para aplicaciones donde el ruido es un factor
crítico, tales como amplificadores de micrófono, fono o donde exista mucha ganancia. Estas resistencias son
también muy sensibles al paso del tiempo, y variarán ostensiblemente su valor con el transcurso del mismo.
Resistencias de carbón prensado
Estas fueron también de las primeras en fabricarse. Están constituidas en su mayor parte por grafito en polvo,
el cual se prensa hasta formar un tubo como el del dibujo.
Las patas de conexión son de con hilo enrollado en los extremos del tubo de grafito.
Las resistencias de este tipo son muy inestables con la temperatura, tienen unas tolerancias de fabricación muy
elevadas, en el mejor de los casos se consigue un 10% de tolerancia, incluso su valor óhmico puede variar por
el mero hecho de la soldadura, en el que se somete a elevadas temperaturas al componente. Además tienen
ruido térmico también elevado, lo que las hace poco apropiadas para aplicaciones donde el ruido es un factor
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crítico, tales como amplificadores de micrófono, fono o donde exista mucha ganancia. Estas resistencias son
también muy sensibles al paso del tiempo, y variarán ostensiblemente su valor con el transcurso del mismo.
Resistencias de película de carbón
Este tipo es muy habitual hoy día, y es utilizado para valores de hasta 2 watios. Se utiliza un tubo cerámico
como sustrato sobre el que se deposita una película de carbón tal como se aprecia en la figura.
Para obtener una resistencia más elevada se practica una hendidura hasta el sustrato en forma de espiral, tal
como muestra (b) con lo que se logra aumentar la longitud del camino eléctrico, lo que equivale a aumentar la
longitud del elemento resistivo.
Las conexiones externas se hacen mediante crimpado de cazoletas metálicas a las que se unen hilos de cobre
bañados en estaño para facilitar la soldadura. Al conjunto completo se le baña de laca ignífuga y aislante o
incluso vitrificada para mejorar el aislamiento eléctrico. Se consiguen así resistencias con una tolerancia del
5% o mejores, además tienen un ruido térmico inferior a las de carbón prensado, ofreciendo también mayor
estabilidad térmica y temporal que éstas.
Resistencias de película de óxido metálico
Son muy similares a las de película de carbón en cuanto a su modo de fabricación, pero son más parecidas,
eléctricamente hablando a las de película metálica. Se hacen igual que las de película de carbón, pero
sustituyendo el carbón por una fina capa de óxido metálico (estaño o latón). Estas resistencias son más caras
que las de película metálica, y no son muy habituales. Se utilizan en aplicaciones militares (muy exigentes) o
donde se requiera gran fiabilidad, porque la capa de óxido es muy resistente a daños mecánicos y a la
corrosión en ambientes húmedos.
Resistencias de película metálica
Son muy similares a las de película de carbón. Este tipo de resistencia es el que mayoritariamente se fabrica
hoy día, con unas características de ruido y estabilidad mejoradas con respecto a todas las anteriores. Tienen
un coeficiente de temperatura muy pequeño, del orden de 50 ppm/ºC (partes por millón y grado Centígrado).
También soportan mejor el paso del tiempo, permaneciendo su valor en ohmios durante un mayor período de
tiempo. Se fabrican este tipo de resistencias de hasta 2 watios de potencia, y con tolerancias del 1% como tipo
estándar.
Resistencias de metal vidriado
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Son similares a las de película metálica, pero sustituyendo la película metálica por otra compuesta por vidrio
con polvo metálico. Como principal característica cabe destacar su mejor comportamiento ante sobrecargas de
corriente, que puede soportar mejor por su inercia térmica que le confiere el vidrio que contiene su
composición. Como contrapartida, tiene un coeficiente térmico peor, del orden de 150 a 250 ppm/ºC. Se
dispone de potencias de hasta 3 watios.
Resistencias dependientes de la temperatura
Aunque todas las resistencias, en mayor o menor grado, dependen de la temperatura, existen unos dispositivos
específicos que se fabrican expresamente para ello, de modo que su valor en ohmios dependa "fuertemente"
de la temperatura. Se les denomina termistores y como cabía esperar, poseen unos coeficientes de temperatura
muy elevados, ya sean positivos o negativos. Coeficientes negativos implican que la resistencia del elemento
disminuye según sube la temperatura, y coeficientes positivos al contrario, aumentan su resistencia con el
aumento de la temperatura. El silicio, un material semiconductor, posee un coeficiente de temperatura
negativo. A mayor temperatura, menor resistencia. Esto ocasiona problemas, como el conocido efecto de
"avalancha térmica" que sufren algunos dispositivos semiconductores cuando se eleva su temperatura lo
suficiente, y que puede destruir el componente al aumentar su corriente hasta sobrepasar la corriente máxima
que puede soportar.
A los dispositivos con coeficiente de temperatura negativo se les denomina NTC (negative temperature
coefficient).
A los dispositivos con coeficiente de temperatura positivo se les denomina PTC (positive temperature
coefficient).
Una aplicación típica de un NTC es la protección de los filamentos de válvula, que son muy sensibles al
"golpe" de encendido o turn−on. Conectando un NTC en serie protege del golpe de encendido, puesto que
cuando el NTC está a temperatura ambiente (frío, mayor resistencia) limita la corriente máxima y va
aumentando la misma según aumenta la temperatura del NTC, que a su vez disminuye su resistencia hasta la
resistencia de régimen a la que haya sido diseñado. Hay que elegir correctamente la corriente del dispositivo y
la resistencia de régimen, así como la tensión que caerá en sus bornas para que el diseño funcione
correctamente.
Resistencias variables
Estas resistencias pueden variar su valor dentro de unos límites. Para ello se les ha añadido un tercer terminal
unido a un contacto móvil que puede desplazarse sobre el elemento resistivo proporcionando variaciones en el
valor de la resistencia. Este tercer terminal puede tener un desplazamiento angular (giratorio) o longitudinal
(deslizante).
Según su función en el circuito estas resistencias se denominan:
Potenciómetros:
Se aplican en circuitos donde la variación de resistencia la efectúa el usuario desde el exterior (controles de
audio, video, etc.).
Trimmers, o resistencias ajustables:
Se diferencian de las anteriores en que su ajuste es definitivo en el circuito donde van aplicadas. Su acceso
está limitado al personal técnico (controles de ganancia, polarización, etc.).
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Reostatos:
Son resistencias variables en las que uno de sus terminales extremos está eléctricamente anulado. Tanto en un
potenciómetro como un trimmer, al dejar unos de sus terminales extremos al aire, su comportamiento será el
de un reostato, aunque estos están diseñados para soportar grandes corrientes.
Resistencia variable
CONDENSADORES
Un condensador consiste básicamente en dos placas metálicas conductoras llamadas armaduras separadas
entre si por un material aislante, denominado dieléctrico. EN la siguiente tabla se muestran las constantes
dieléctricas de algunos materiales con respecto de la del vació.
material
aire
teflón
polipropileno (MKP)
poliestireno
policarbonato (MKC)
poliéster / mylar (MKT)
vidrio
mica
cerámica
óxido de aluminio
óxido de tántalo
relativo (€ =1)
1.0006
2.0
2.1
2.5
2.9
3.2
4.0 − 8.5
6.5 − 8.7
6.0 − 50,000
7.0
11.0
Condensador electrolítico
Se hacen formando un arrollamiento de película de aluminio, e inicialmente separadas por una capa de un
material absorbente como tela o papel impregnado con una solución o gel, aunque modernamente se emplea
óxido de aluminio o tántalo. El conjunto se introduce en un contenedor de aluminio, dando un aspecto de
"bote".
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electrolítico axial
electrolítico radial
Según la disposición de las patillas, existe la configuración axial y la radial. Los condensadores electrolíticos
modernos se fabrican utilizando un electrolito dentro del propio condensador, y la acción de una tensión en
bornas del condensador refuerza la capa dieléctrica de óxido, de modo que es imprescindible la correcta
polarización del condensador. Si aplicamos una polarización errónea, el dieléctrico se destruye y las placas
entran en contacto. Además, generalmente la polarización inversa origina generación de gases por electrolisis
y pueden provocar una explosión. La ventaja de este tipo de condensadores es su tamaño reducido, por lo que
se consiguen capacidades muy grandes. Esto es debido a la finísima capa dieléctrica.
Al principio, se fabricaban estos condensadores sumergidos en un electrolito formado por agua y glicol, y
quizás ácido bórico para incrementar la viscosidad y mejorar el auto sellado del dieléctrico. Sin embargo, la
corrosión era un problema, y modernamente se emplean electrolitos de tipo orgánico, tales como dimetil
acetamida o metil−formamida.
Recientemente se han desarrollado condensadores electrolíticos de "aluminio sólido" basados en electrolito de
dióxido de manganeso. Son muy similares a los de tántalo, aunque mucho más baratos.
aluminio sólido
Un gran inconveniente de los condensadores electrolíticos es su relativamente corta duración. Normalmente
tienen un período de vida medio de 1000 − 5000 horas, y también se estropean aunque no se utilicen, aunque
se alargue su período de vida. Es cuando decimos que un condensador está "seco" y hay que sustituirlo.
Otro inconveniente es su gran margen de tolerancia; son normales tolerancias del 20% en este tipo de
condensadores.
Habitualmente se denomina a este tipo de condensadores "polarizados", pero es un término impreciso. Existen
condensadores electrolíticos no polarizados, empleados profusamente en crossovers de baja calidad, y cuyo
aspecto es exactamente igual al de los polarizados, o sea, parecen un "bote", pero podemos conectarlos sin
atender a ninguna polarización. Muchos autores tachan a este tipo de condensadores, incluso a los
electrolíticos normales como no aconsejables para su utilización en circuitos de audio de calidad, por su
distorsión y sus pérdidas, pero este es un tema que abordaremos en otro apartado.
Condensadores de película
Todos los condensadores de película son no polarizados, es decir, no requieren marcar una patilla como
positiva o negativa, siendo indiferente su conexión en el circuito. Son los preferidos en los circuitos de audio
de calidad, siempre que el tamaño lo permita, por sus pocas pérdidas y distorsión reducida. Se pueden
construir enrollando el conjunto placas−dieléctrico, similar a un electrolítico, o bien apilando en capas
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sucesivas como un libro. Se emplean mayoritariamente como dieléctricos diferentes plásticos, como
polipropileno (MKP), poliéster/mylar (MKT), poliestireno, policarbonato (MKC) o teflón. Pala las placas se
utiliza mayoritariamente aluminio con un alto grado de pureza. Según el tipo de dieléctrico utilizado, para una
misma capacidad y tensión de trabajo, se obtienen condensadores de distinto tamaño.
Cond. policarbonato
(MKC)
Cond. polipropileno
(MKP)
Cond. poliéster (MKT)
Cond. poliestireno
La alta rigidez dieléctrica del poliéster, permite hacer condensadores de poco tamaño y a costes relativamente
bajos, de uso rutinario allí donde no se necesiten calidades especiales. Se disponen de capacidades de entre
1000 pF y 4.7 uF, a tensiones de trabajo de hasta 1000V. El factor de pérdidas por dieléctrico es relativamente
alto en el poliéster. Para audio, el polipropileno o poliestireno permiten unas pérdidas mucho menores en el
dieléctrico, pero son mucho mayores en tamaño, además de mucho más caros. Los de poliestireno son
utilizados en filtros. Un inconveniente de los condensadores de poliestireno es el bajo punto de fusión del
dieléctrico. Por ello suelen diferenciarse estos condensadores, ya que se protege el dieléctrico separando los
pines de soldadura del cuerpo del condensador, tal como muestra la foto.
Condensadores de mica
Es un dieléctrico de unas características intermedias entre los condensadores electrolíticos y los de película,
teniendo una rigidez dieléctrica alta y otras características excelentes, como muy bajas pérdidas, pero su
capacidad se limita hasta los 4700 pF aproximadamente.
Cond. de mica
Por el contrario, es muy caro, y al ser un material rígido, sólo se pueden construir condensadores en forma de
láminas apiladas (stacked−film). Se utiliza en aplicaciones industriales de alta tensión, amplificadores de
válvulas cuando se requiera poca capacidad y aplicaciones de precisión.
Condensadores cerámicos
Son los que tienen un mayor rango de valores de su constante dieléctrica, pudiendo llegar a un valor de 50000
veces superior a la del vacío. Se basan en varias mezclas de óxido de titanio y zirconio, o bien en titanatos o
zirconatos de calcio, bario, estroncio o magnesio, y atendiendo a esta variedad de compuestos, dan un rango
amplísimo de constantes dieléctricas.
Cond. cerámico
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Cond. cerámico de disco
Los materiales de alta constante dieléctrica, pueden ofrecer componentes pequeños para un valor
relativamente elevado de capacidad. El inconveniente de estos dieléctricos de alta cte. dieléctrica es que el
valor de la misma depende mucho de la temperatura, así como las pérdidas en el dieléctrico. Sin embargo,
donde el valor de la capacidad es relativamente menos importante, como por ejemplo en filtros pasa RF, estos
componentes son ampliamente utilizados.
BOBINAS
Las bobinas son un tipo de elementos pasivos capaces de generar un campo magnético cuando son
atravesados por una corriente eléctrica.
Para construirlas se utilizan núcleos de materiales ferromagnéticos como el hierro dulce, chapa magnética,
ferrita... Estos materiales conducen muy fácilmente el flujo magnético, aunque a veces en algunas
aplicaciones el núcleo utilizado es el aire.
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