¿Qué son las resistencias?
Resistencias: Son un trozo de material pasivo que resiste el flujo de corriente eléctrica. Conecta cada patita a su lado correspondiente, y eso es todo. ¿Qué podría ser más simple?
Pues resulta que no es tan sencillo. Temperatura, capacitancia, inductancia y otros factores juegan un papel de mucha importancia en la fabricación de una resistencia, un componente bastante complejo después de todo.
Sus usos en infinidad de circuitos son muchos y variados, pero aquí sólo nos centraremos en los diferentes tipos de resistencias de valor fijo, cómo se hacen y lo que las hace tan indispensables en distintas aplicaciones.
Empecemos con una resistencia simple, y a su vez una de las más viejas.
Tipos de resistencias.
RESISTENCIAS DE CARBON.
A menudo se le conocen como resistencias «viejas», se utilizaron ampliamente en la década de los 60’s, pero con la introducción de otros tipos de resistencias, y su coste relativamente alto, se usan menos hoy en día. Se componen de una mezcla de polvo de cerámica y carbón, se unen entre sí utilizando una resina. El carbón es un buen conductor eléctrico, por lo que entre más alta sea la concentración de carbón en la mezcla, menor es la resistencia. Sus patitas de alambres se unen a los extremos, a continuación se recubre con pintura o plástico como un aislante y se pintan diferentes franjas de colores para indicar el valor de la resistencia y su tolerancia.
El valor de resistencia de los resistores de carbón puede verse afectado de forma permanente dependiendo de su exposición a la humedad, provocando problemas en el voltaje y sobrecalentamiento al momento de soldarlas. Las tolerancias son del 5% o mayor y dado que son básicamente un cilindro sólido, tienen buenas características de alta frecuencia. También tienen buena capacidad de soportar el calor de las sobrecargas, por lo que todavía son utilizadas en fuentes de alimentación y estaciones de soldadura.
RESISTENCIAS CON PELÍCULA DE CARBÓN.
Las resistencias de película de carbón se hacen poniendo una capa de carbón puro en un cilindro de cerámica y después cortando una parte del carbón para formar una espiral como se muestra en la foto. Al final es recubierto con silicio. El espesor de la capa y el ancho del carbón restante ofrecen un control preciso sobre la resistencia dando tolerancias de hasta el 2 %, mejor que la ofrecida por las resistencias de carbon. Al ser carbón puro su resistencia está sujeta a menos cambios por la influencia de la temperatura.
El Coeficiente de Temperatura de la Resistencia (CTR) en las resistencias de película de carbón está alrededor de 200 y 500 ppm (partes por millón)/°C.
200 ppm/°C significa que para cada 1°C la resistencia no cambiará en más de 200 ohms por cada 1 Mega ohm del valor de resistencia. En términos de porcentajes, es un cambio de 0,02 % / °C. Así, por un cambio en la temperatura 80°C, 200 ppm / °C significa un cambio de 1,6 ohmios de la resistencia.
Las resistencias de película de carbón suelen oscilar de 1 ohm a 10 kilo ohms, tienen potencias de 1/16W a 5W y pueden manejar voltajes hasta en kilo voltios. Las aplicaciones típicas son las fuentes de alimentación de alto voltaje, rayos X, rayos láser y radares.
RESISTENCIAS CON PELÍCULA METÁLICA.
La película de metal se hace de manera similar a la película de carbón, mediante el depósito de una capa de metal (a menudo de cromo o níquel) en cerámica y luego el tallado helicoidal del metal. De acuerdo con un documento del fabricante Vishay, después de que las terminales están unidas, la línea helicoidal es marcada, anteriormente se hacía mediante pulido o chorro de arena, pero actualmente el recorte de la línea se hace utilizando rayos láser. El resultado se recubre en laca y se etiqueta con código de colores o con texto.
El cambio a resistencias de película metálica se dio debido a que la temperatura es todavía menor al de la película de carbón. El CTR de la resistencia de película de metal es de entre 50 y 100 ppm /°C, para los 50 ppm /°C asciende a 0,005 % /°C. Usando el mismo ejemplo que para la película de carbón citado anteriormente, un cambio de 80 °C de temperatura, 50 ppm /°C equivale a un cambio de 0.4 ohm.
Las películas de metal cuentan con una tolerancia muy baja del 0.1%. También tienen buenas características en condiciones de alto ruido y buena estabilidad a largo plazo, además de una amplia gama de usos.
RESISTENCIAS CON PELÍCULA DE ÓXIDO DE METAL.
Son muy parecidas a las resistencias de película de metal, excepto que el óxido de metal es a menudo de estaño contaminado con óxido de antimonio para la resistencia. Esto proporciona un mejor rendimiento que la película de carbón o la película metálica en términos de rangos de voltaje, sobrecargas, sobretensiones y altas temperaturas. Mientras que las resistencias de película de carbón están clasificadas para aproximadamente 200°C, las de película de metal están de 250-300°C , el óxido de metal trabaja con 450°C. Sin embargo, tienen propiedades de estabilidad inferiores.
ALAMBRE ENROLLADO.
Las resistencias de alambre enrollado se realizan enrollando un alambre alrededor de un cilindro de plástico, de cerámica o de fibra de vidrio. Dado que el alambre puede ser cortado a una longitud precisa, estos pueden tener un valor de resistencia de alta precisión con una tolerancia de 0.1 % y quizá mejor. Para obtener un alta resistencia el alambre tiene que ser muy delgado y largo. El alambre puede ser delgado para potencias inferiores o más grueso para potencias superiores. Se puede fabricar con una serie de aleaciones que incluyen níquel-cromo, cobre, plata, hierro-cromo y tungsteno.
Por lo general están diseñadas para soportar altas temperaturas en función del material de alambre utilizado, las resistencias de tungsteno puro tienen una calificación máxima de temperatura de 1700°C, las de plata pueden estar en el rango de 0-150°C . El Coeficiente de Temperatura de Resistencia para los resistores de alambre enrollado está alrededor de 5 ppm/°C. Para las resistencias de alambre enrollado de alta potencia el CTR es mayor y puede varía todavía más.
Las resistencias de alambre de alta potencia pueden ir desde 0,5 W a 1000 W y esos cientos de watts pueden ser recubiertos en silicón de alta temperatura o esmalte vítreo. Para la máxima disipación de calor puede haber incluso una cobertura de aluminio que tiene aletas para actuar como un disipador de calor, estos están en el rango de 50W.
Puesto que el alambre enrollado es básicamente una bobina, y tienen suficiente inductancia y capacitancia, sus propiedades son deficientes en altas frecuencias. Para reducir o eliminar esto, existen otras formas de hacer el embobinado, tales como: bobinado bifilar (bifilar winding), bobinado en forma plana (winding on a flat former) y bobinado Ayrton–Perry como se muestra en la ilustración.
Los potenciómetros son a menudo resistencias embobinadas debido a una mayor durabilidad. Los resistores de alambre también se utilizan a menudo en los disyuntores o fusibles. Su inducción se puede mejorar y poner a buen uso como sensores de corriente mediante la medición de la reactancia inductiva para determinar la corriente que fluye a través de él.
RESISTENCIA DE PRECISIÓN O DE HOJAS METÁLICAS (FOIL RESISTORS).
Como puedes adivinar, las resistencias de hojas metálicas utilizan una lámina, que tiene varias micras de espesor, por lo general una aleación de cromo-níquel con aditivos montados sobre un soporte cerámico. Tienen la mejor estabilidad y precisión de todas las resistencias a pesar de haber existido desde la década de 1960. El valor de resistencia deseado se obtiene por un patrón de fotograbado en el papel de aluminio. Este tipo de resistores no tienen inductancia, sino baja capacitancia, buena estabilidad y una rápida estabilización térmica. La tolerancia puede ser tan baja como 0,001 %.
El Coeficiente de Temperatura de Resistencia que tienen es alrededor de 1 ppm / °C. Comparando un 1 Mega Ohm del resistor de película de metal para una temperatura de 80 °C, el cambio es de sólo 0.008 ohms. Es interesante ver cómo esto se logra. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la resistencia en curso. Pero el resistor está hecho de tal manera que cuando aumenta la temperatura, resulta una caída en la resistencia, a causa de la compresión en la lámina. El efecto de cambio en la resistencia es mínimo.
Sin inductancia, las resistencias de lámina son buenas para aplicaciones de audio en los que intervienen altas frecuencias. Ellos también se prestan para aplicaciones que requieren precisión tales como balanzas electrónicas. Y por supuesto también se pueden usar en cualquier lugar con grandes variaciones de temperatura.
RESISTENCIAS DE PELÍCULA DELGADA Y GRUESA.
La mayoría de dispositivos de montaje superficial (mejor conocidos como SMD por sus siglas del inglés Surface Mount Device) usan resistencias de este tipo. La película en resistencias de película gruesa es aproximadamente 1000 veces más gruesa que en resistencias de película delgada. Las resistencias de película gruesa son las de menor costo en el mercado.
Las resistencias de película delgada se realizan por pulverización catódica de cromo-níquel (por lo general) sobre un sustrato aislante. Después se graba utilizando fotograbado, abrasivo o láser. La película es una mezcla de un aglutinante, un soporte y un óxido de metal. Un recorte final se realiza mediante un proceso abrasivo o mediante láser.
Las tolerancias de película delgada son tan buenas como 0,1 % y el CTR es de 5 a 50 ppm / °C. Las tolerancias de película gruesa son de 1 % con un Coeficiente de Temperatura de Resistencia de 50 a 200 ppm / °C. La película delgada también tiene una menor ruido de resistencia en comparación con la película gruesa.
Las aplicaciones típicas de una película delgada son donde se requiere una alta precisión. La película gruesa tiene aplicación en casi cualquier dispositivo eléctrico, algunos ordenadores contienen más de 1.000 películas de resistencias gruesas SMD.
¡NO RESISTAS MÁS!
También hay otros tipos de resistencias de valor fijo pero los anteriores son los que probablemente se encuentran en los cajones de todos los ingenieros. ¿Hay algún tipo de resistencia que hayas encontrado para una aplicación especial? Si es así, por favor, comparte con nosotros en los comentarios a continuación.
