jueves, 21 de marzo de 2013

Bobinas


Las bobinas que generalmente encontraremos en los circuitos estan formadas por un hijo de cobre arrollado: con un número determinado de vueltas, sobre un núcleo de ferrita. En el cuerpo de estas bobinas no hay ningún dato y la única información que podemos tener sobre ellas es la que obtengamos del propio circuito.

Por el contrario, hay otras bobinas que vienen en un encapsulado parecido al de las resistencias y con unas bandas de colores. Estas bobinas siguen la misma codificación de colores que las resistencias. Sólo que los valores se miden en microhenrios (H). 






  • FUNCIONAMIENTO INTERNO
Los electrones de los átomos de cualquier material están girando alrededor de su núcleo, distribuidos en diferentes capas según el número de electrones que corresponda a cada átomo. En los materiales identificados normalmente como conductores, los electrones de las últimas capas están muy débilmente unidos al núcleo por las fuerzas atómicas. Tal es así, que un simple aumento de la temperatura del material puede producir que los electrones se separen de su átomo y vaguen por dicho material. Este movimiento por el interior del material se realiza de forma aleatoria, de manera que, en términos probabilísticas, se puede decir que la posibilidad de que un electrón se desplace en un sentido u otro, totalmente opuesto, es la misma. En su desplazamiento, el electrón tropieza con los demás átomos y su dirección sufre constantes modificaciones.
Esto es, realmente, una oposición del material al movimiento interno de los electrones. El mayor o menor grado de facilidad que encuentran los electrones en su desplazamiento se le denomina conductividad, y es una propiedad intrínseca de cada material. Por el contrario, la dificultad que encuentran los electrones para realizar sus desplazamientos se denomina resistividad y es la inversa de la conductividad. Este factor es muy importante en la elección del material necesario para la construcción de una resistencia.
Otros dos factores que influyen sobre el valor óhmico de una resistencia son su longitud y sus sección transversal, ya que mientras mayor sea la longitud del material resistivo, más tardarán los electrones en atravesarlo, y su dificultad será también mayor. Por el contrario, si la sección del material es mayor será más fácil atravesarlo, puesto que tienen más superficie por donde hacerlo. Así, la resistencia de un trozo de conductor será igual a:


R = (L / A)

Donde es la resistividad intrínseca del material, L es la longitud total del mismo y A es la sección. Supongamos ahora que disponemos de un trozo de material al que sometemos a la acción de un campo eléctrico, aplicando en sus extremos una tensión determinada. Los electrones que hasta ahora vagaban libremente por el material, y otros que aún se mantenían unidos a sus átomos, comenzarán a moverse, creando una corriente eléctrica.
La intensidad de esa corriente eléctrica se define como la cantidad de electrones que atraviesan una sección del material en la unidad de tiempo. Esta intensidad es directamente proporcional a la tensión aplicada en los extremos del cuerpo conductor e inversamente proporcional a la resistencia de dicho trozo de material, es decir:

I = V / R

Donde R es la resistencia del material y V la tensión aplicada en sus extremos.

Esta es la "Ley de Ohm", fácil de aplicar y muy útil en cualquier estudio eléctrico o electrónico.

Antes hemos mencionado que la temperatura podría producir la liberación de los electrones de sus átomos ya que, en definitiva, es un aporte de energía que hacemos al átomo. Si esta temperatura la hacemos descender, poco a poco, llegamos a un punto en que el material resistivo se convierte en superconductor y la resistencia que presenta el paso de una corriente eléctrica es despreciable. El problema es que esto sucede a temperaturas próximas al 0 absoluto, o sea {273"C, y es más costoso mantener esta temperatura que las pérdidas que ocasionan los conductores normales.

Si aumentamos la temperatura, la agitación térmica no afectará sólo a los electrones, sino que también lo hará a los núcleos. Esta agitación dificulta aún más el paso de los electrones, o lo que es igual, aumenta la resistencia del material.

Al mismo tiempo, el paso de una corriente eléctrica por un material resistivo hace que la temperatura del mismo aumente de tal manera que a mayor corriente más se calentará el material, hasta tal punto que si sobre pasamos un cierto punto el material resistivo se destruirá.

Todo esto es importante en la fabricación de una resistencia, ya que para obtener una resistencia de un valor determinado, basta con saber la resistividad del material a usar y su sección, para poder determinar su longitud.

Los procesos de fabricación en serie de resistencias de utilización general admiten unas pequeñas desviaciones sobre el valor nominal, para poder obtener unos costes reducidos. Las tolerancias más utilizadas son las del 10%, 5%, 2% y 1%.

Se fabrican resistencias de mayor precisión pero su costo es mucho más elevado. Se suelen utilizar en las partes de los circuitos de instrumentación y medida, con tolerancias incluso del 0,0025%.

Otro factor importante en la fabricación de una resistencia es la potencia que ésta puede disipar a una temperatura determinada. La potencia se define como: el producto de la tensión aplicada en bornas de la resistencia por la intensidad que la atraviesa. Esta potencia se traduce en calor, que la resistencia debe ser capaz de disipar manteniendo sus propiedades sin que se destruya.

Así, el fabricar una resistencia de 100 para disipar una potencia de 0.5 W no tendrá el mismo diseño que la fabricación de una resistencia que la fabricación de una resistencia que disipe 2W, ya que ni su tamaño ni su robustez interna serán las mismas.

Otro factor. a tener en cuenta, es el coeficiente de variación de la resistencia con la temperatura; en las resistencias de uso general esta variación debe mantenerse dentro de unos límites razonables.

 

  • RESISTENCIAS DE CARBON PIROLITICAS
Este tipo de resistencias consisten en un núcleo cerámica sobre el que se deposita una capa de carbón por el procedimiento de pirólisis.

En estas resistencias, su valor nominal es función del espesor de la capa resistiva de carbón, o lo que es igual, de su sección. Así en valores nominales elevados sería necesario hacer muy delgado el espesor de la capa. Esto tiene un límite, por lo que se adopta grabar un espiralado sobre el cuerpo cerámico, con lo que se aumenta la longitud y, por lo tanto, su valor resistivo.

Las ventajas que tienen estos tipos de resistencias son: su bajo nivel de ruido, su efecto capacitivo despreciable, y que su valor nominal es prácticamente independiente de la tensión y la frecuencia aplicadas. Como inconvenientes diremos que, debido a la fragilidad de la capa resistiva, estas resistencias soportan mallas sobrecargas, y el espiralado que llevan las de alto valor nominal produce un efecto de inducción que desaconseja su uso en circuitos de radiofrecuencia.



  • RESISTENCIAS AGLOMERADAS
Para su fabricación se utiliza una mezcla de carbón, material aislante y una resina aglomerante. La proporción de carbón en la mezcla determina el valor de la resistencia a obtener para unas dimensiones dadas.

Tras los procesos térmicos, en los que se obtienen los cilindros resistivos, procede al montaje de las patillas de conexión exterior de tal manera que aseguren un buen contacto.

Estas resistencias tienen las ventajas de no presentar autoinducción, soportan fuertes sobrecargas, y tienen una gran robustez mecánica y eléctrica. Pero presentan algunas desventajas, como son: una tensión de ruido bastante elevada, y su valor óhmico disminuye cuando aumenta la frecuencia o la tensión de trabajo.

 

  • RESISTENCIAS DE PELlCULA METÁLICA

Dependiendo de los procesos de fabricación tenemos tres grupos principales de resistencias de película metálica:

a) De óxidos metálicos:

Sobre el núcleo soporte se deposita la capa resistiva que suele estar formada por óxido de estaño y de antimonio. Esta capa de óxido se obtienen al someter una mezcla de cloruro de estaño y de tricloruro de antimonio, a una temperatura de unos 8000 C, en un horno especial, produciéndose una hidrólisis que forma la capa de óxido.

Para valores elevados de resistencia es necesario hacer un espiralado de la capa resistiva. El empleo de estas resistencias, debido a sus buenas características, se realiza en circuito digitales y amplificadores con bajo nivel de ruido.

b) De película delgada:
Como su nombre indica tienen una capa muy delgada de aleaciones metálicas que son depositadas sobre un soporte cerámico mediante un proceso de evaporación catódica en vacío. Suelen ser resistencias cilíndricas con salidas coaxiales, aunque, también, se obtienen chips de resistencias para montaje superficial en microcircuitería. Son resistencias que soportan bien el calor sin apenas variar su valor nominal, aunque debido a su delgada capa resistiva su potencia de disipación no suele superar los 2 W.

c) de película gruesa:
El material resistivo está compuesto por una mezcla de polvo de vidrio y metales aglomerados por medio de una pasta aglutinante. La capa resultante se deposita sobre un soporte y es calentada a temperaturas que provocan la fusión del vidrio, obteniéndose la resistencia. La particularidad de estas resistencias es la obtención de su valor nominal. La capa resistiva se divide en cuadrados estándar de un cierto valor nominal, con lo que una resistencia tendrá un número determinado de cuadrados dependiendo de su valor nominal.


  • RESISTENCIAS BOBINADAS
En la elaboración de este tipo de resistencias se emplean núcleos cerámicos como soporte, y como material resistivo algún tipo de metal o de aleaciones metálicas. Estos hilos resistivos son bobinados sobre el núcleo cerámico; y su valor nominal se calcula a partir de: la longitud del hilo, su sección, la resistividad intrínseca del material empleado y el número de espiras enrolladas sobre deicho núcleo. La longitud de una espira dependerá a su vez del diámetro del propio núcleo cerámico. Así el valor de la resistencia vendría dado por:

R= 1/L/A = 1/ 1e.n/A

Donde

1/ = resistividad intrínseca del material.
1e = longitud de una espira.
n = número de espiras
A = sección del hilo.


Para evitar que la longitud del hilo sea excesiva se buscan materiales cuya resistividad sea elevada. Una vez que el hilo resistivo está bobinado sobre el soporte se recubre con un material aislante, desde el punto de vista eléctrico, y que a la vez facilite una buena disipación del calor generado.
Dependiendo de la potencia de disipación con la que vayan a trabajar tendrán un acabado u otro. De este modo, las resistencias que no llevan recubrimiento tienen valores que llegan hasta los 1000 y pueden disipar hasta 500 W. Las que llevan un recubrimiento vitrificado tienen valores bajos de resistencia pero, sin embargo, pueden llegar a disipar hasta 1000 W. Las resistencias con un recubrimiento de un cemento especial alcanzan valores de hasta 10 K, y 10 W de potencia de disipación.


  • RESISTENCIAS ESPECIALES
Como resistencias especiales, tanto en su fabricación como en su uso, mencionaremos: las NTC's, que son resistencias que disminuyen su valor nominal a medida que aumenta la temperatura interna de las mismas; las PTC's, que aumentan su valor nominal con el aumento de su temperatura interna; y las VDR's, que disminuyen su valor nominal con el aumento de la tensión aplicada en sus extremos. Estas resistencias especiales se estudiarán más adelante.


Espero haber ayudado en algo. Hasta la próxima oportunidad!  

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