ELEMENTOS PASIVOS

Un elemento es pasivo cuando no genera intensidad ni tensión en un circuito: RESISTORES, CAPACITORES e INDUCTORES.



RESISTORES o RESISTENCIAS



Son elementos pasivos que está construido a base de carbón o metal. Su parte externa es de cerámica, donde aparecen unas franjas de colores, que representan su valor óhmico. Disipa potencia en forma de calor. 

FUNCIONES DE LAS RESISTENCIAS

Limita o controla el paso de la corriente que fluye a través de un circuito, presentando oposición o resistencia al paso de la corriente.

1.  Divisor de tensión
2.  Limitadora de corriente
3.  Sangría
4.  Carga

CLASIFICACIÓN DE LAS RESISTENCIAS: FIJAS, VARIABLES y AJUSTABLES

RESISTENCIAS FIJAS: «Son aquellas cuyo valor de resistencia es fijo y no se puede variar»
  • DE COMPOSICIÓN CARBÓN
  • DE PELÍCULA
  • DE CINTA

RESISTENCIAS FIJAS METÁLICAS
  • DE PELÍCULA CON BASE EN ÓXIDOS METÁLICOS
  • DE PELÍCULA METÁLICA       (metal film)
  • BOBINADAS                               (Wirewound)

MODELOS DE RESISTENCIAS BOBINADAS


RESISTORES VARIABLES y AJUSTABLES: Hay veces en que interesa disponer de una resistencia cuyo valor pueda variarse a voluntad. Son los llamados reóstatos o potenciómetros. Se fabrican bobinados o de grafito, deslizantes o giratorios. Se suelen llamar VARIABLES o POTENCIÓMETROS cuando poseen un eje practicable, que puede ser manipulado por cualquier persona sin conocimientos técnicos, y resistencias AJUSTABLES o REÓSTATOS (Trimpot) cuando para variarlas se precisa la ayuda de una herramienta, por lo general, ubicadas en el interior de los equipos electrónicos. 


POTENCIÓMETROS

Se fabrican bobinados o de grafito, deslizantes o giratorios. Los potenciómetros son resistencias variables construidas de carbón sobre una lámina de material aislante (normalmente baquelita).

Los tipos de potenciómetros pueden ser: 

LINEALES 
LOGARÍTMICOS
ANTILOGARÍTMICOS

CONEXIONADO DEL POTENCIÓMETRO





Conexionado: se sugiere no colocar los terminales del potenciómetro directamente en el protoboard, por el diámetro de estos. Por ello, se sueldan cables a sus terminales.

Prácticas del Funcionamiento del Potenciómetro


RESISTORES VARIABLES ESPECIALES: La resistencia no es constante, sino que depende de algún parámetro exterior. Modifican su valor óhmico ante la acción de determinadas magnitudes físicas.

            TIPO DE RESISTOR                                                SENSIBLE A

LDR (Litgh Dependent Resistance)                                      Intensidad Luminosa
Resistencia dependiente de la luz                                       

VDR (Voltage Dependent Resistance)                                 Tensión
Resistencia dependiente del Voltaje            

PTC (Positive Temperature Coefficient)                               Temperatura
Coeficiente de Temperatura Positivo

NTC (Negative Temperature Coefficient)                             Temperatura
Coeficiente de Temperatura Negativo

MDR Magnetorresistores                                                      Inducción magnética

Bandas extensiométricas                                                      Deformación mecánica


FOTOCELDA

LDR (Light Dependent Resistor, Resistencias Dependientes de la Luz) o foto-resistor, es una resistencia la cual varía su valor en función de la cantidad de luz que incide sobre su superficie.

Cuanto mayor sea la intensidad de luz que incide en la superficie del LDR menor será su resistencia y en cuanto menor sea la luz que incida sobre este mayor será su resistencia.


TERMISTORES
Son dispositivos que reaccionan a los cambios de temperatura (incluido el ambiente) al cambiar el valor de su resistencia.



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VIDEO: RESISTENCIAS, POTENCIÓMETROS y FOTOCELDAS
https://youtu.be/IDJ-ZYWcOKw

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CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LAS RESISTENCIAS

VALOR NOMINAL: Es el valor de resistencia dado por el fabricante, es el valor teórico que debe presentar en sus extremos, normalmente a temperatura ambiente de 25 ºC.

TOLERANCIA: Es el porcentaje de variación que puede tener respecto al valor nominal dado por el fabricante. (Error de fabricación). Se da en tanto por ciento. Nos da una idea de la precisión del componente. Cuando el valor de la tolerancia es grande podemos decir que la resistencia es poco precisa, sin embargo, cuando dicho valor es bajo la resistencia es más precisa.

TENSIÓN NOMINAL: Es la tensión que no se puede sobrepasar en servicio continuo a la temperatura nominal de funcionamiento.

POTENCIA NOMINAL: Es la potencia que puede disipar de forma continúa sin deterioro a la temperatura nominal de servicio (70ºC). Existen valores normalizados de: 1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 4, 8, 10, 15, 20 y 50 Watts (W). 

CÓDIGO DE COLORES DE RESISTENCIAS: Los valores óhmicos de los resistores se suelen representar por medio de unas bandas de color pintados en el cuerpo de los mismos. Suelen ser en número de cuatro, y su significado es el siguiente:

1er. banda:  1ª cifra significativa
2ra. banda:  2ª cifra significativa
3er. banda:  Número de ceros que siguen a los números anteriores (multiplicador)
4a.  banda:  Tolerancia





MEDICIONES DE LAS RESISTENCIAS
VIDEO CÓMO MEDIR RESISTENCIAS EN UN MULTIMETRO DIGITAL

MEDIDA DE RESISTENCIAS:


RESISTORES DE MONTAJE SUPERFICIAL (SMD - SURFACE MOUNTED DEVICE)

Identificar el valor de un resistor SMD es más sencillo que para un resistor convencional ya que las bandas de colores son reemplazadas por sus equivalentes numéricos y así se estampan en la superficie del resistor, la banda indicadora de tolerancia desaparece y se la "presupone" en base al número de dígitos que se indica, es decir: un número de tres dígitos indica en esos el valor del resistor, y la ausencia de otra indicación dice que se trata de un resistor con una tolerancia del 5%. Un número de cuatro dígitos indica en estos dígitos su valor y dice que se trata de un resistor con una tolerancia de error del 1%. 





Escribir en la celda el valor óhmico correspondiente a cada resistencia:

MATEMÁTICAS DE LAS RESISTENCIAS


RESISTENCIAS EN SERIE
Cuando se tienen N resistencias conectadas en serie la resistencia total del circuito es igual a la suma de todas las resistencias.


RESISTENCIAS EN PARALELO


Cuando las resistencias son del mismo valor óhmico, se divide este valor entre el número total de resistencias del arreglo.


Si se tienen tres o más resistencias en paralelo se le aplica la siguiente fórmula:


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CAPACITORES o CONDENSADORES

Un condensador es un elemento pasivo, formado por dos placas metálicas separadas por un material aislante llamado "dieléctrico".


La principal función de los condensadores, es almacenar energía eléctrica, en forma temporal, en su campo eléctrico para utilizarla en un proceso de carga y de descarga.

De la misma forma que dos conductores por los que circula una corriente eléctrica, alrededor de ellos se genera un campo eléctrico, al enfrentar dos placas las cuales están sometidas a una diferencia de potencial, entre las mismas se genera un campo eléctrico que provoca una acumulación de cargas entre ellas.

Cuando una fuente de tensión se conecta al Capacitor deposita una carga positiva q en un placa y una carga negativa –q en la otra. Se dice que el capacitor almacena carga eléctricas.

El monto de carga almacenada q, es directamente proporcional a la tensión aplicada V.     
q = CV

La cantidad de carga eléctrica que capaz de retener un condensador se denomina CAPACITANCIA y la misma se mide en picofaradios, nanofaradios o microfaradios.

Esta capacitancia es directamente proporcional al tamaño de las placas e inversamente proporcional a la distancia que las separa. Esto quiere decir que a medida que aumentamos el área de las placas, aumentamos la capacitancia. En cambio, si aumentamos la distancia entre ellas, disminuimos la capacitancia.

A, es el área superficial de cada placa
d, distancia entre las placas
e, permitividad del material dieléctrico entre las placas


Otro factor que determina la capacitancia es el elemento aislante que se encuentra entre las placas y que denomina DIELÉCTRICO.

Cualquier elemento aislante puede actuar como dieléctrico. El tipo de condensador toma el nombre de su dieléctrico. De esta forma tenemos condensadores de aire, de mica, cerámicos, electrolíticos, poliéster, tantalio, etc.


APLICACIONES:

Para aplicaciones de descarga rápida, como un Flash, en donde el condensador se tiene que descargar a gran velocidad para generar la luz necesaria (algo que hace muy fácilmente cuando se le conecta en paralelo un medio de baja resistencia).

Como Filtro, Un condensador de gran valor (1.000 mF – 12.000 mF) se utiliza para eliminar el "rizado" que se genera en el proceso de conversión de corriente alterna a corriente continua.

Para aislar etapas o áreas de un circuito: Un condensador se comporta (idealmente) como un corto circuito para la señal alterna y como un circuito abierto para señales de corriente continua, etc.  

CLASIFICACIÓN DE LOS CAPACITORES: FIJOS, VARIABLES y AJUSTABLES


LOS CONDENSADORES FIJOS se dividen a la vez en polarizados y no polarizados.

Los no polarizados se clasifican según el tipo de fabricación en: papel, poliéster, mica, cerámica, de vidrio y electrolítico.

Los polarizados (o electrolítico) se clasifican en: Tántalo y Aluminio.


CONDENSADORES DE PAPEL: El dieléctrico es de celulosa impregnada con resinas o parafinas. Destaca su reducido volumen y gran estabilidad frente a cambios de temperatura. Tienen la propiedad de autoregeneración en caso de perforación. Las armaduras son de aluminio. Se fabrican en capacidades comprendidas entre 1μF y 480μF con tensiones entre 450V y 2,8KV. Se emplean en electrónica de potencia y energía para acoplamiento, protección de impulsos y aplanamiento de ondulaciones en frecuencias no superiores a 50Hz.

CONDENSADORES DE PLÁSTICO: Sus características más importantes son: gran resistencia de aislamiento (lo cual permite conservar la carga), volumen reducido y excelente comportamiento a la humedad y a las variaciones de temperatura, además, tienen la propiedad de autoregeneración en caso de perforación en menos de 10s. Los materiales más utilizados son: poliestireno (styroflex), poliéster (mylar), policarbonato (Macrofol) y politetrafluoretileno (teflón). Se fabrican en forma de bobinas o multicapas.

También se conocen como MK. Se fabrican de 1nF a 100
μF y tensiones de 25-63-160-220-630V, 0.25-4KV. Se reconocen por su aspecto rojo, amarillo y azul.

CERÁMICO: Los materiales cerámicos son buenos aislantes térmicos y eléctricos. El proceso de fabricación consiste básicamente en la metalización de las dos caras del material cerámico.
Se fabrican de 1pF a 1nF (grupo I) y de 1pF a 470nF (grupo II) con tensiones comprendidas entre 3 y 10000V.

Su identificación se realiza mediante código alfanumérico. Se utilizan en circuitos que necesitan alta estabilidad y bajas pérdidas en altas frecuencias.

DE MICA: Son condensadores estables que pueden soportar tensiones altas, ya que la rigidez dieléctrica que presenta es muy elevada. Sobre todo, se emplean en circuitos de alta frecuencia. Se utilizan en gamas de capacidades comprendidas entre 5pf y 100000pF. La gama de tensiones para las que se fabrican suele ser altas (hasta 7500v). Se están sustituyendo por los de vidrio, de parecidas propiedades y más baratos.

ELECTROLÍTICO: Permiten obtener capacidades elevadas en espacios reducidos. Actualmente existen dos tipos: los de aluminio, y los de tántalo. El fundamento es el mismo: se trata de depositar mediante electrolisis una fina capa aislante. Los condensadores electrolíticos deben conectarse respetando su polaridad, que viene indicada en sus terminales, pues de lo contrario se destruiría. 

ELECTROLÍTICO BIPOLARES BP: Es decir, sin polaridad. A estos se les puede aplicar corriente alterna (AC). Estos condensadores son conocidos como BIPOLARES (BP) o NO POLARIZADOS (NP). Se emplean en algunos circuitos crossover o separadores d e frecuencia, en etapas finales de audio, para acoplar la salida de estas, al parlante de notas agudas (tweeter).

LOS CONDENSADORES VARIABLESse denomina a aquel cuya capacidad puede ser modificada mecánica o electrónicamente. Constan de un grupo de armaduras móviles, de tal forma que al girar sobre un eje se aumenta o reduce la superficie de las armaduras metálicas enfrentadas, variándose con ello la capacidad.

El dieléctrico empleado suele ser el aire, aunque también se incluye mica o plástico.

LOS CONDENSADORES AJUSTABLESdenominados también trimmers, los tipos más utilizados son los de mica, aire y cerámica.

PROPIEDADES DE LOS CONDENSADORES:

1). Cuando la tensión entre los extremos de un capacitor no cambia con el tiempo (tensión DC), la corriente que circula a través del capacitor es de cero.

Un capacitor se comporta como un circuito abierto en DC


2). La tensión en el capacitor debe ser continua. La corriente puede cambiar de forma instantánea.

La tensión en un capacitor no puede cambiar abruptamente



3). El capacitor no disipa energía. (Almacena y Devuelve).

SIMBOLOGÍA DE LOS CONDENSADORES:



CÓDIGO DE COLORES DE LOS CONDENSADORES:




De esta forma el valor representado:103, indicará un condensador de 10.000 pF.





MATEMÁTICAS DE LOS CONDENSADORES



CONDENSADORES  EN  SERIE


CONDENSADORES  EN  PARALELO


CONDENSADORES  EN  MIXTO




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CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR 

PROCESO DE CARGA: 

Cuando el interruptor se mueve a la posición A, la corriente I  sube bruscamente (como un cortocircuito) y tiene el valor de I = E / R, en amperios, (como si el condensador no existiera momentáneamente en este circuito serie RC), y poco a poco esta corriente va disminuyendo hasta tener un valor de cero (ver el diagrama inferior).

El voltaje en el condensador no varía instantáneamente y sube desde 0 voltios hasta VT voltios (VT es el valor de la fuente de corriente directa conectado en serie con R y C).

El tiempo que se tarda el voltaje en el condensador (Vc) en pasar de 0 voltios hasta el 63.2% del voltaje de la fuente está dato por la fórmula  T = R x C donde R está en Ohmios y C en milifaradios y el resultado estará en milisegundos.

Después de 5 x T (5 veces T) el voltaje ha subido hasta un 99.3 % de su valor final
Al valor de T se le llama "Constante de tiempo".




Analizando los dos gráficos se aprecia que están divididos en una parte transitoria y una parte estable. Los valores de Ic y Vc varían sus valores en la parte transitoria (aproximadamente 5 veces la constante de tiempo T), pero no así en la parte estable.

PROCESO DESCARGA: 

El interruptor está en B.

Entonces el voltaje en el condensador Vc empezará a descender desde Vo (voltaje inicial en el condensador). La corriente tendrá un valor inicial de Vo / R y disminuirá hasta llegar a 0 (cero voltios).

Los valores de Vc e I en cualquier momento se pueden obtener con las siguientes fórmulas:
Vc = (Vo x e-t) / T                   I = -[(Vo / R) e-t] / T

Donde:  T = RC  es la constante de tiempo


NOTA: Si el condensador había sido previamente cargado hasta un valor VT, hay que reemplazar Vo en las fórmulas con VT.

Si la aguja no se mueve indica que el capacitor está abierto, si va hasta cero sin retornar indica que está en cortocircuito y si retorna, pero no a fondo de escala entonces el condensador tendrá fugas.

En la medida que la capacidad del componente es mayor, es normal que sea menor la resistencia que debe indicar el instrumento.

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VIDEO: ELEMENTOS PASIVOS: RESISTORES, CAPACITORES e INDUCTORES
https://youtu.be/6TOf7B8QTus


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INDUCTORES o BOBINAS



La inductancia es la propiedad que tienen las bobinas de oponerse a los cambios o variaciones de corriente.  Se mide en Henrios (H), pero generalmente las bobinas vienen en milihenrios y microhenrios.

El inductor, llamado comúnmente bobina o choque, está fabricado por varias vueltas de alambre de cobre llamadas espiras que van enrolladas sobre un núcleo de aire, de hierro o de ferrita; puede ser fijo o variable.

Las bobinas son componentes pasivos de dos terminales que generan un flujo magnético cuando se hacen circular por ellas una corriente eléctrica. Su aplicación principal es como filtro en un circuito electrónico, denominándose comúnmente, choques. 

La inductancia depende de las características físicas del conductor. Por ejemplo, si se enrolla un conductor, la inductancia aumenta. Un arrollamiento de muchas espiras tendrá más inductancia que uno de unas pocas vueltas. Además, si un arrollamiento se coloca alrededor de un núcleo de hierro, su inductancia será mayor de lo que era sin el núcleo magnético.
INDUCTANCIAS. Llamaremos inductancia al campo magnético que crea una corriente eléctrica al pasar a través de una bobina de hilo conductor enrollado alrededor de la misma que conforma un inductor. 

APLICACIONES DE LA INDUCTANCIA

Luces y sonido: bobinas conectadas en unión de condensadores, formando circuitos llamados filtros, que se utilizan para separar señales de sonido de diferentes frecuencias.

Crossover: se encarga dentro de un bafle o caja acústica con varios parlantes, de separar las diferentes bandas o grupos de sonidos para entregarlos al parlante correspondiente ya sea de bajos, medios o altos.

TIPOS DE BOBINAS


BOBINAS FIJAS

En los circuitos de luces y sonido encontramos generalmente bobinas de inductancia fija.
Las bobinas fijas se clasifican principalmente por su tipo de núcleo: núcleo de hierro; núcleo de ferrita y núcleo de aire.

La ferrita es el tipo de núcleo más usado actualmente para la fabricación de bobinas, es un material especial formado por polvo de hierro, otros compuestos y aglutinante. Debido a su construcción tiene muy buenas propiedades magnéticas.

La inductancia de una bobina es directamente proporcional a la calidad y al diámetro de su núcleo y a la cantidad de vueltas o espiras que tiene. Las de mayor valor son las de núcleo de ferrita y las de menor valor las de núcleo de aire.

El diámetro o espesor del alambre con el cual fabrican las bobinas, depende de la cantidad de corriente en amperios que va a circular por ella.


BOBINAS VARIABLES

Las inductancias variables se requieren para ciertas aplicaciones especiales y están provistas de un sistema por el cual se pueden cambiar sus características principales como el número de vueltas o espiras, o la posición del núcleo.
MATEMÁTICAS DE LOS INDUCTORES

INDUCTORES EN SERIE


INDUCTORES EN PARALELO

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RELÉS

Es un interruptor automático controlado por electricidad. Permiten abrir o cerrar circuitos sin intervención directa de persona.

Es un dispositivo que consta de dos circuitos diferentes: un circuito electromagnético (electroimán) y un circuito de contactos, al cual aplicaremos el circuito que queremos controlar.

Su funcionamiento se basa en el fenómeno electromagnético. Cuando la corriente atraviesa la bobina, produce un campo magnético que magnetiza un núcleo de hierro dulce (ferrita). Este atrae al inducido que fuerza a los contactos a tocarse. Cuando la corriente se desconecta vuelven a separarse.


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EJERCICIOS CON ELEMENTOS PASIVOS

RESISTENCIAS EN SERIE
RESISTENCIAS EN PARALELO





RESISTENCIAS EN MIXTO












CAPACITORES

INDUCTORES



CIRCUITO RL

CIRCUITO LC

CARGAS ELÉCTRICAS

a). Calcular la carga almacenada en un capacitor de 3 pF con 20V a través de él.
q = Cv                 q = (3 x 10-12) (20) = 60 pC


b). Hallar la energía acumulada
W = ½ Cv2   W = (½ x 3 x 10-12) (400) = 600 pJ

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PRÁCTICAS CON ELEMENTOS PASIVOS















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