Sesión 3 Componentes Pasivos - OCW

Sesión 3
Componentes Pasivos
Componentes y Circuitos Electrónicos
José A. García Souto / José M. Sánchez Pena
www.uc3m.es/portal/page/portal/dpto_tecnologia_electronica/Personal/JoseAntonioGarcia
Componentes Pasivos
Resistencias
OBJETIVOS
• Conocer las definiciones básicas y los
parámetros eléctricos asociados a resistores
–
–
–
–
Resistividad, coeficiente de temperatura
Potencia disipada y tensión máxima de trabajo
Tolerancia, valores normalizados y códigos
Películas resistivas y tipos de resistencias
• Entender la selección de componentes
resistivos y sus limitaciones
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CCE - Sesión 3
2
Resistencias: Generalidades
•
•
•
•
•
Presenta oposición al paso de Q
Valor óhmico (Ω…kΩ…MΩ)
[V/mA]
En circuitos, Ley de Ohm
V=I⋅R
Resiste: Disipa calor (PD), se calienta (Tº)
Fabricación: Tipos, series, tolerancias, etc.
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CCE - Sesión 3
3
Parámetros característicos
• Resistividad (conductividad)
l
R = ρ [Ω]
S
E
ρ = [Ω ⋅ cm]
J
σ=
1
ρ
• Tipos de materiales según resistividad
– Conductores
– Semiconductores
– Aislantes
Ejemplo: Grafito
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[µΩ·cm]
[Ω·cm]
[KΩ·cm]
20 µΩ·m = 2mΩ·cm
CCE - Sesión 3
4
Parámetros característicos
• Depende de la temperatura
R = R(T)
ρ = ρ (T)
• Coeficiente de temperatura
1
∂ρ
⋅
α (T0 ) =
ρ (T0 ) ∂T
1
∂R
⋅
[º C −1 ]
R(T0 ) ∂T T =T0
−1
[º C ]
T =T0
• Coeficiente de temperatura medio
∆R
1
α=
⋅
[ ppm /º C ]
R(T0 ) ∆T
• PTC (α>0) o NTC (α<0)
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R (T ) = R(T0 ) ⋅ [1 + α ⋅ (T − T0 )]
¿Pequeño y constante?
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5
Límites de Funcionamiento
Disipa potencia (produce calor, aumenta T)
– Potencia nominal
¼W, ½W, etc.
– Curva con la temperatura (resistencia térmica)
Potencia Máxima (W)
PN
Rtérmica =
Pendiente
Pmáx
0
TN
– Tensión máxima
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Ta
TM
Pmáx
TM − Ta
=
Rtérmica
Temperatura
Ambiente (ºC)
P=V2/R
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6
Límites de Funcionamiento
• Tensión de ruptura del dieléctrico (nominal)
– Resistencia crítica
PmaxR=(Vruptura) 2
• Respuesta en frecuencia
• Ruido
– Ruido Térmico (agitación térmica, 1/f)
– Cuidado con Tensión DC alta, R alta, etc.
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7
Tolerancia y Valores Normalizados
• Series normalizadas (valores discretos)
– Valor Nominal (Óhmico)
– Tolerancia (%)
• Generación de la serie
N n = N1 ⋅ r n −1
N1 = 1, 10, 100, etc.
r = k 10
k valores por década
Más valores – Menos Tolerancia
• Código de colores
• Alfanumérico
Ej: 10R
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10K
10K25
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10M36
8
Valores estándar de resistores
1% Standard Values
Decade multiples are available from 10.0 Ω through 1.00 MΩ
(also 1.10 MΩ, 1.20 MΩ, 1.30 MΩ, 1.50 MΩ, 1.60 MΩ, 1.80 MΩ, 2.00 MΩ and 2.20 MΩ)
10.0
10.2
10.5
10.7
11.0
11.3
11.5
11.8
12.1
12.4
12.7
13.0
13.3
13.7
14.0
14.3
14.7
15.0
15.4
15.8
16.2
16.5
16.9
17.4
17.8
18.2
18.7
19.1
19.6
20.0
20.5
21.0
21.5
22.1
22.6
23.2
23.7
24.3
24.9
25.5
26.1
26.7
27.4
28.0
28.7
29.4
30.1
30.9
31.6
32.4
33.2
34.0
34.8
35.7
36.5
37.4
38.3
39.2
40.2
41.2
42.2
43.2
44.2
45.3
46.4
47.5
48.7
49.9
51.1
52.3
53.6
54.9
56.2
57.6
59.0
60.4
61.9
63.4
64.9
66.5
68.1
69.8
71.5
73.2
75.0
76.8
78.7
80.6
82.5
84.5
86.6
88.7
90.9
93.1
95.3
97.6
5% Standard Values
10
11
12
13
15
16
18
20
22
24
27
30
33
36
39
43
47
51
56
62
68
75
82
91
47
56
68
82
10% Standard Values
10
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12
15
18
22
27
33
CCE - Sesión 3
39
9
Código de colores de resistores
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10
Películas Resistivas
• Resistividad superficial (ohmios por cuadro Ω/)
a
t
a
RCuadro
a
ρ
=ρ
= = ρ S [Ω / cuadro]
a ⋅t t
• Densidad de potencia (W/cm2)
PDmáx = DPDmáx ⋅ a
2
a
• Factor de forma
l
R = ρS
a
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l
FF =
a
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l
11
Tipos de Resistencias (Lineales)
• BOBINADAS DE POTENCIA
– Mucha Potencia (hasta 250 W)
– Hilo o película metálica
100 Ω·cm
10 a 130ppm/ºC
• BOBINADAS DE PRECISIÓN
– Sobredimensionadas para ganar en precisión (1 W para hacer ¼ W)
– Hilo o película metálica
• DE PELÍCULA CONDUCTORA/RESISTIVA
– Carbono, MeOx o Metálica
Mejora con T respectivamente
– Resistividades altas (hasta 5 KΩ/, 1K2 Ω/ y 300 Ω/ respectiv.)
• DE COMPOSICIÓN
– Carbono, pero con partículas (más ruidosas)
– Casi cualquier resistividad, pero deficiente coeficiente de temperatura
– Tolerancia ≥5%
1200 ppm/ºC
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Resistencias Variables
R=αRn
R12=RN
2
3
R13= αRN
R23= (1-α)RN
1
α entre 0 y 1
Parámetros Eléctricos
•
•
•
•
•
•
•
R total
R mínima
R terminal (al final)
R cursor (donde esté)
Corriente máxima cursor
Factor de disipación Pm/α
Ajustabilidad, resolución, etc.
Tipos
• Rotatorio
• Multivuelta
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13
Componentes Pasivos
Condensadores
OBJETIVOS
• Conocer las definiciones básicas y los
parámetros eléctricos asociados a resistores
–
–
–
–
Capacidad, constante dieléctrica
Resistencia de aislamiento, rigidez dieléctrica
Ángulo de pérdidas, potencia disipada
Tipos de condensadores, electrolíticos
• Entender la selección de componentes
capacitivos y sus limitaciones
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Condensador: Generalidades
•
•
•
•
•
•
Almacena energía en forma de cargas
Valor capacitivo (pF…nF…µF)
[Cul/V]
En circuitos
Q=C·V
I=C⋅dV/dt
Asociación paralelo (C1+C2), serie (1/C1+1/C2)
En continua: Ic = 0
En alterna sinusoidal: Ic = CωVpcos(ωt) ⇒ Zc
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15
Parámetros Característicos
• Capacidad (placas plano-paralelas, etc.)
ε (f, V, T, etc.)
Q
S
C = ε oε r
C=
Constante dieléctrica
V
d
• Respuesta en frecuencia
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16
Parámetros Característicos
• Aspectos básicos DC
– Corriente de fugas (Resistencia de aislamiento [MΩ])
– Constante de tiempo de autodescarga: τ = RAC [seg]
VCC
Vc (V)
exp(-t/τ)
63%
τ
0
• Rigidez dieléctrica del medio
t1
t (seg)
– E máx [V/m] ⇒ V máx
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Parámetros Característicos
• Potencia disipada
– Continua (en RA)
– Alterna
•
•
•
•
V
=
RA
Ángulo de pérdidas: δ (idea de la parte resistiva)
Factor de disipación
D=tgδ (<<1)
Factor de calidad
Q=1/D
Equivalentes serie y paralelo
PAC =
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PDC
2
DC
V
2
AC − ef
RP
2
= I AC
− ef RS
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Potencia disipada AC
• Ideal
vC = V0 sen(ωt )
PAC = 0
VC
iC = CωV0 cos(ωt )
90º
IC
• Serie
VCs δ
• Paralelo
VRs
PAC =
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PAC = I
2
AC − ef
RS =
2
I AC
− ef
ωCS
tgδ
I Cs = I Rs
2
VAC
− ef
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RP
2
= VAC
− ef ⋅ ωC P tgδ
19
Datos Fabricante
• Valor nominal (fo, To) ± Tolerancia (%)
– Ej.1: a 25ºC/1kHz
Ej.2: a 25ºC/100-120Hz
– F, G, J, K, M ⇒ 1%, 2%, 5% , 10%, 20%
– 22µ0
22
22k
• Tensión Nominal (VN>VDC+VAC-pico)
• Potencia máxima
– Rs, Rp, tgδ, P(f), D o Q, ESR (electrolíticos)
•
•
•
•
Rigidez dieléctrica
Tensión de ruptura
R aislamiento o constante de tiempo autodesc.
Pendiente de tensión máxima
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20
Tipos
• No polarizados
–
–
–
–
–
–
Película de Papel (obsoleto)
Película de plástico
Cerámicos (de precisión)
Mica y derivados (estables)
C bajas (pF, nF), soportan menos tensión
Pérdidas menores y menos ruidosos
• Polarizados (electrolíticos)
–
–
–
–
C mayores (µF)
OjO calentamiento electrolito (polarizado al revés)
Constante de tiempo de autodescarga menor (seg)
Más ruidosos
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Componentes Pasivos
Bobinas y Transformadores
OBJETIVOS
• Conocer las definiciones básicas y los
parámetros eléctricos asociados a bobinas
• Entender el acoplamiento magnético y su
utilización en transformadores
• Conocer la relaciones de corrientes, tensiones y
potencias en un transformador ideal
• Entender la transformación de impedancias con
transformador
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Componentes Pasivos
Bobinas
Definiciones Básicas y Parámetros Eléctricos
Asociados
•
•
•
•
•
•
Inductancia. Permitividad Magnética y
Geometría
Valor Nominal y Tolerancia
Coeficiente de Temperatura
Rango de Corrientes. Saturación del Núcleo
Resistencia de la Bobina en CC
Tipos de Bobinas (según el Tipo de Núcleo)
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Acoplamiento magnético
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Transformador ideal y propiedades
(Ej. Transformador elevador)
N 2 > N1 ⇒ V2 > V1
V2 N 2
=
=n
V1 N1
I 2 N1 1
=
=
I1 N 2 n
P2 = P1
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Adaptación de impedancias
(Ej. Transformador reductor)
N 2 < N1 ⇒ V2 < V1
V1
V2 =
n
I 2 = n·I1
Adaptación de impedancias
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Z eq = Z L ·n
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2
P2 = P1
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Transformador con tomas
intermedias
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Ejemplo
Sustituir valores:
• Vg = 5 Vrms
• Rg = 1 KΩ
• RL = 10 Ω
• n = 10
1. Corrientes de primario y de secundario (I1 e I2)
2. Tensiones en los terminales de primario y de secundario (V1 y V2)
3. Potencia suministrada por el generador y potencia disipada en las
resistencias Rg y RL.
4. Valor de la impedancia Ri vista desde la entrada del primario.
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