¿Qué hay que saber sobre las resistencias?

Resistencia: Un trozo pasivo de material que resiste el flujo de corriente eléctrica. Una terminal está conectada a cada extremo que haya terminado. ¿Qué podría ser más sencillo?

Resulta que no es tan simple en absoluto. La temperatura, la capacitancia, la inductancia y otros factores juegan un papel en hacer que la resistencia sea un componente bastante complejo después de todo. 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.

Comencemos con uno simple, y uno de los más antiguos.

A menudo se los denomina 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 sea la concentración de carbono en la mezcla, menor será 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 la resistencia y la tolerancia.

La resistencia de estos resistores de composición de carbono se puede cambiar permanentemente por exposición prolongada a alta humedad, sobreesfuerzo por voltaje y 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 edad no me impidió usar una bolsa de ellos que había comprado en una tienda de segunda mano para hacer las diferentes resistencias que necesitaba para un reproductor de música con temporizador 555. Ese es mi kludge que ves en la foto de arriba.

El coeficiente de temperatura de resistencia (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 más de 200 ohmios por cada 1 Mohm del valor de la resistencia. En términos de porcentaje es un cambio de 0.02%/C. Entonces, para un cambio de temperatura de 80 °C, 200 ppm/C significa un cambio de 1,6 % en la resistencia o 16 kilohmios.

Las resistencias de película de carbón generalmente varían de 1 ohm a 10 kilohm, tienen potencias nominales de 1/16 W a 5 W y pueden manejar voltajes en kilovoltios. Los usos típicos son para fuentes de alimentación de alto voltaje, rayos X, láser y radar.

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

El cambio de resistencia de la película de metal debido a la temperatura es menor que el de la película de carbono. El TCR de la película metálica está entre 50 y 100 ppm/C, que para las 50 ppm/C asciende a 0,005%/C. Utilizando 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 de 0,4 % o 4 kilohmios.

La película de metal 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.

Esto es muy similar a una resistencia de película metálica, excepto que el metal a menudo es óxido de estaño contaminado con óxido de antimonio para la resistencia. Esto le da un mejor rendimiento que la película de carbono o la película de metal en términos de clasificación de voltaje, sobrecargas, sobretensiones y altas temperaturas. Mientras que las resistencias de película de carbono están clasificadas para aproximadamente 200C y las de película metálica, 250-300C, el óxido de metal funciona con 450C. Sin embargo, tienen propiedades de estabilidad inferiores.

Las resistencias de alambre enrollado se fabrican enrollando un alambre 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 obtener una alta resistencia, el cable debe ser muy delgado y muy largo. El cable puede ser delgado para clasificaciones de potencia más bajas o más grueso para clasificaciones de potencia más altas. Puede estar hecho de una serie de aleaciones que incluyen níquel-cromo, cobre, plata, hierro-cromo y tungsteno.

Por lo general, están diseñados para soportar altas temperaturas según el material del cable utilizado, los de tungsteno puro tienen una temperatura nominal máxima de 1700C, aunque los de plata pueden estar en el rango de 0-150C. El TCR para resistencias de bobinado de alambre de precisión es de alrededor de 5 ppm/C. Para resistencias bobinadas de alambre de alta potencia, el TCR es más alto 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 se pueden recubrir con silicona de alta temperatura o esmalte vítreo. Para la disipación de calor más alta, incluso puede haber una carcasa de aluminio que tenga aletas para actuar como un disipador de calor, aunque parecen estar en el rango de 50W.

Dado que el alambre enrollado es básicamente una bobina, tienen 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, enrollado en forma plana y 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 un formador plano muy delgado, los cables se acercan entre sí y se reduce la inducción. Y con el devanado de Ayrton-Perry, dado que los devanados con corriente en direcciones opuestas están cerca uno del otro, se reduce la autoinducción y se minimiza la capacidad ya que los potenciales son los mismos en las intersecciones.

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

Como puede suponer, las resistencias de lámina utilizan una lámina de varias micras de espesor, generalmente una aleación de cromo y níquel con aditivos montados en 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 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 de metal de 1 Mohm anterior, para un cambio de temperatura de 80 °C, eso es un cambio de solo 0,008 % u 80 ohmios. Es interesante cómo se logra esto. A medida que aumenta la temperatura, la resistencia, por supuesto, aumenta. Pero la resistencia está hecha de tal manera que el aumento de la temperatura provoca una compresión en la lámina que provoca 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 donde se involucran 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 usarlos.

La mayoría de las resistencias de dispositivos de montaje en superficie (SMD) son de este tipo. La película en las resistencias de película gruesa es alrededor de 1000 veces más gruesa que en 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 con fotograbado, abrasivo o recorte con láser. Las resistencias de película gruesa se fabrican mediante un proceso de impresión de pantalla y plantilla. La película es una mezcla de un aglutinante, un portador y un óxido de metal. El recorte final se realiza mediante un recorte abrasivo o láser.

Las tolerancias de película delgada 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 1% con TCR de 50 a 200 ppm/C. La película delgada también tiene un ruido de resistencia más bajo que la película gruesa.

Las aplicaciones típicas para películas delgadas son 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 hay otros tipos de resistencias de valor fijo, pero las anteriores son las que con mayor probabilidad se encuentran en los cajones de resistencias de las personas. ¿Hay algún tipo que le resulte especialmente útil para alguna aplicación? Si es así, compártalo con nosotros en los comentarios a continuación, junto con cualquier otro tipo que use con frecuencia. Y si desea otro resumen de los componentes típicos que puede encontrar o desea para su colección, considere consultar nuestro artículo sobre condensadores.