Download Resistores especiales - UTN - Universidad Tecnológica Nacional

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL MENDOZA
DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA
CÁTEDRA DE TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
Resistores especiales
PROF Tit: ING. ADOLFO F. GONZÁLEZ
PROF Aso: ING. RICARDO M. CESARI
J. T P.:
ING. RUBÉN O. VICIOLI
Ayud. 1º
ING. GABRIEL SOSA
miércoles, 09 de agosto de 2017
RESISTORES ESPECIALES
TERMISTORES
TERMISTOR es el nombre genérico dado a los resistores que varían
su
resistencia
en
forma
considerable
con
la
temperatura;
generalmente el término se refiere a aquellos que tienen coeficiente de
temperatura negativo (NTC), aunque a veces se involucra a aquellos
que presentan coeficiente positivo (PTC).
RESISTORES ESPECIALES
TERMISTORES
Fabricación Se sigue un proceso comparable al que se utiliza en la industria
de la cerámica: mezclados los componentes cuidadosamente, se añade un
aglomerante plástico, al que se le da la forma adecuada, ya sea por
extrusión (varillas) o compresión hidráulicas (discos), a continuación se
someten a las piezas formadas a SINTERIZACIÓN, es decir a presión y
temperaturas elevadas.
Se fabrican a partir de óxidos semiconductores de los metales de transición
del grupo del hierro como Cr, Mn, Fe, Co, Ni.
La resistencia específica de estos óxidos en estado puro es muy elevada, pero
se transforman en semiconductores al añadirles pequeñas cantidades de
otros iones de distinta valencia.
El α (coeficiente de temperatura ) se puede expresar en % /ºC y para tener una
idea, los termistores a temperatura ambiente pueden llegar de 5,8 % a 6% /ºC.
RESISTORES ESPECIALES
TERMISTORES
A partir de las formas básicas se presentan en una gran variedad de
montajes y encapsulados, las características más importantes de los
modelos anteriores son:
Gota: El rango de valores oscila entre 300 Ω y 1.000 Ω , los diámetros oscilan
entre 0,15 mm y 2,54 mm.
Punta de prueba: El rango de variación va de 500 Ω a 10 MΩ, con un diámetro
máximo de 2,54 mm y longitudes variables de 6,35 mm a 50,8 mm.
Disco: El rango de variación va de 5 Ω a 10 KΩ con diámetros que van de 2,54
mm a 25,4 mm y un espesor de 0,5 mm a 12,5 mm.
Arandela: El rango de variación va de 10 Ω a 415 Ω y el diámetro normal es de 19
mm pero a pedido se pueden obtener otros, el espesor va de 1,34 mm a 4,39 mm.
Varilla: El rango va de 1 KΩ a 150 KΩ con diámetros que van de 1,34 mm a 4,39
mm.
RESISTORES ESPECIALES
TERMISTORES
Curvas Características
Hay tres características importantes de los termistores que los
hacen útiles en circuito electrónicos y eléctricos, estas son:
1. Características R -T (resistencia en función de la temperatura).
2. Características E - I
(tensión en función de la corriente).
3. Características I – t
(corriente en función del tiempo ).
RESISTORES ESPECIALES
TERMISTORES
1 Características R -T
La resistencia del termistor es función solamente de la temperatura absoluta
La ecuación matemática que la relaciona con el valor absoluto de la
temperatura, es la siguiente:
RESISTORES ESPECIALES
TERMISTORES
Coeficiente de temperatura: α (% / ºC)
El coeficiente de variación por temperatura, es la relación entre el
cambio de resistencia con temperatura y la resistencia del termistor
a una temperatura dada.
1 dR 0 (T)
β
α

 2
R 0T
dT
T
gráfico que nos muestra la
variación de la resistencia
específica con la temperatura
RESISTORES ESPECIALES
TERMISTORES
2 Características E- I
A) Si se aplica una pequeña
diferencia de potencial a los
terminales del termistor, fluirá
una pequeña cantidad de
corriente.
B) La corriente que circula será
proporcional al voltaje.
C) Si la tensión aplicada es
incrementada, se incrementará
la corriente circulante y esta
producirá
un
auto
calentamiento del termistor,
esto a su vez provocará una
disminución de la resistencia
del termistor con lo que
aumenta la corriente.
En estas condiciones el termistor puede
llegar a su auto destrucción, para evitar
esto se coloca una resistencia en
serie con el termistor que limita la I
circulante.
RESISTORES ESPECIALES
TERMISTORES
Una vez fijada la temperatura ambiente, el valor de resistencia del termistor
es función de la potencia que tiene que disipar por sí mismo
La zona de pendiente negativa es la zona de auto calentamiento
Cuando por estos medios, pasa de pendiente (-) a (+), se dice que el termistor
trabajando en conmutación.
RESISTORES ESPECIALES
TERMISTORES
Constate de disipación δ
Se define a la constante de disipación δ como la potencia que requiere el
termistor en mW para alcanzar 1 ºC la temperatura de su cuerpo, por encima
de la temperatura ambiente y es dependiente de los factores que le permiten perder
calor o sea: conducción, convención y radiación.
Ejemplo
• La conductividad térmica del medio
donde se coloca el termistor.
• La velocidad relativa del medio donde
se coloca el termistor.
• Los
terminales,
diámetro
composición del termistor.
y
• El tamaño, configuración y superficie
reflectante del termistor.
RESISTORES ESPECIALES
TERMISTORES
3 Características I – t
Si se aplica una tensión a un termistor al cual se le ha colocado una
resistencia en serie, fluirá una determinada corriente que dependerá de la
tensión que se aplica y de la resistencia total que se tiene en el circuito
Las curvas muestran el tiempo
de retardo para alcanzar el
máximo de corriente.
En la gráfica se ve que dicho
tiempo es función de la tensión
aplica.
Efectuando la elección del
termistor y de los elementos
asociados, es posible producir
retardos de tiempo del orden de
t = 0,001 seg. hasta varias horas.
RESISTORES ESPECIALES
USOS DEL TERMISTOR
Mediciones de temperaturas
Compensación en transistores
TERMISTORES
RESISTORES ESPECIALES
Compensación de bobinas con alambre de cobre
TERMISTORES
RESISTORES ESPECIALES
Control de temperatura
Detector de nivel
TERMISTORES
RESISTORES ESPECIALES
TERMISTORES
LINEALIZACION DEL NTC
Dada la curva de un termistor, se pretende que dicha curva pase por los puntos X1 y X2
Si resolvemos el circuito obtenemos las
siguientes ecuaciones :
1
1
1


R1 Rs  RT 1  R p
1
1
1


R 2 Rs  RT2
Rp


Si resolvemos el sistema de ecuaciones las dos incógnitas Rs
Rp
que permiten linealizar por X1 X2 para las mismas Temperaturas T1 T2
RESISTORES ESPECIALES
Son componentes cerámicos cuya
resistencia eléctrica se incrementa
rápidamente cuando cierta temperatura
es superada.
Esta característica los hace ideales
para incontables aplicaciones en
ingeniería eléctrica y electrónica; por
ejemplo para restablecer fusibles luego
de una sobre carga de corriente o
como protección de corto circuito en
motores.
PTC (Ballast Resitor)
RESISTORES ESPECIALES
PTC (Ballast Resitor)
Es un estabilizador de Corriente para fluctuaciones de tensión
Actúa como regulador de tensión
en los extremos de una carga,
cuando se coloca en serie
(si aumenta la corriente se incrementa
la resistencia del PTC y en
consecuencia aumenta la tensión en
sus extremos lo que hace mantener la
Corriente I constante en el circuito)
RESISTORES ESPECIALES
PTC (Ballast Resitor)
ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO
Están hechos de cerámica poli cristalina dopada
sobre una base de titanato de bario.
• La estructura del material se compone de muchos
pequeños cristales individuales.
• En los bordes de estos mono-cristales se forman barreras
de potencial.
• Altas constantes dieléctricas y bruscas polarizaciones en
los límites del grano impiden la formación de barreras de
potencial a bajas temperaturas permitiendo el flujo de
electrones libres.
• Por encima de la temperatura de “Curie” ferro eléctrica, la
contante dieléctrica y la polarización declinan tanto que
hay un fuerte crecimiento de las barreras de potencial y un
gran aumento de la resistencia.
RESISTORES ESPECIALES
EJEMPLO DE APLICACIÓN
Cuando T < Ts, la resistencia del PTC es
baja; el transistor está en saturación y
circula
corriente
por
la
carga
(relé
activado).
Cuando la T > Ts, la resistencia del PTC
crece rápidamente y el transistor se va al
corte, entonces no circula corriente por la
carga (desactiva el relé).
PTC (Ballast Resitor)
RESISTORES ESPECIALES
TERMISTORES
RESISTORES ESPECIALES
RTD Termo resistencia
Con el término RTD (Resistance Temperature Detector) , se contemplan a
los metales y aleaciones bobinados formando una resistencia
dependiente de la temperatura.
El más comúnmente utilizado es el platino, altamente refinado
- Elemento menos sensible que el termistor.
- Muy estable.
- Relación resistencia - temperatura lineal.
- Error predecible y bajo.
- Intercambiables.
- Error y drift (desplazamiento) a través del tiempo muy bajos.
RESISTORES ESPECIALES
RTD Termo resistencia
Resistencia nominal a 0°C
- Estándar 100Ω a 200 Ω
- 500Ω a 2KΩ en pedidos especiales
- Coeficiente α es de 0,00393 1/°C
Pureza del platino
- 99.999% libre de compuestos extraños
Rangos de temperatura
- Platino -200 a +850°C
- Níquel -80 a +320°C
- Cobre -200 a +260°C
- Níquel - hierro -200 a +260°C
Algunos formatos comerciales
RESISTORES ESPECIALES
VDR Varistor
Es un componente cuya resistencia óhmica depende de la tensión aplicada
Cuando está expuesto a transitorios
de alto voltaje, la impedancia cambia
en varios órdenes de magnitud, pasa
de estar cerca del circuito abierto a
un nivel de alta conductividad
 El material adopta forma de discos o varillas.
 Granos de carburo de silicio prensado junto con material aglutinante cerámico.
 Proceso análogo al empleado en la industria cerámica.
 Una vez desecados se somete a los VDR a una alta temperatura.
 El tiempo de cocción y la temperatura tienen gran influencia sobre las
características eléctricas finales.
RESISTORES ESPECIALES
La resistencia óhmica depende
de la tensión aplicada. Esta
dependencia es debida a la
resistencia de contacto entre los
cristales de carburo de silicio.
La característica eléctrica del
material
prensado
está
determinado por un gran número
de contactos ínter cristalinos, lo
cual forma una complicada red de
resistores en serie y en paralelo.
VDR Varistor
Gráfico tensión – corriente escala lineal
C = tensión en la cual I = 1 Ampers
RESISTORES ESPECIALES
Comportamiento en corriente continua
Circuito equivalente
VDR Varistor
RESISTORES ESPECIALES
VDR Varistor
Operación en la
región normal
Operación en la
región de fuga
• A bajos niveles de corriente, la
curva V-I se aproxima a una relación
lineal (respuesta óhmica).
• Muestra
una
significativa
dependencia con la temperatura.
• En conducción el
varistor permanece
constante a los
corriente en varios
magnitud.
• En el modo de alta resistencia
(aproximadamente 109 Ω) se muestra
como un circuito abierto.
• El dispositivo resistivo, RX, está
cambiando en respuesta a la
corriente.
• La componente no lineal de
resistencia, RX, puede ser ignorada
debido a que ROFF en paralelo
predomina.
• También RON es
comparada con ROFF.
insignificante
voltaje en el
relativamente
cambios de
órdenes de
Operación en la
región de ruptura
• A grandes corrientes, cerca
del rango máximo, el varistor se
aproxima a un corto circuito.
• Rx se va aproximando al
valor Ron.
• Esta resistencia es lineal y
aparece a corrientes de 50 A a
50.000 A, dependiendo del
tamaño del varistor.
RESISTORES ESPECIALES
VDR Varistor
Comportamiento en corriente alterna
• La frecuencia ha de ser relativamente baja para despreciar la influencia de la
capacidad.
• En usos prácticos, los límites máximos están comprendidos entre 0,5 y 5KHz, de
acuerdo con la aplicación.
• Si se aplica una tensión senoidal al VDR, la corriente resultante no será senoidal,
debido a las características V-I no lineal de ellos.
• Pero por razones de simetría se incluirá solamente armónicos de orden impar.
RESISTORES ESPECIALES
Aplicaciones
VDR Varistor
RESISTORES ESPECIALES
VDR Varistor
RESISTORES ESPECIALES
LDR Fotoresistores
Elemento que presenta la característica de variar su resistencia cuando
varía la iluminación
Se los conoce como:
- células foto-conductivas
- foto-células
- foto-resistores
- foto-varistores
- LDR (Light Dependent Resistor)
RESISTORES ESPECIALES
LDR Fotoresistores
El material más útil en la fabricación de los LDR es el sulfuro de cadmio
(SCd), aún cuando se han desarrollado también otras aleaciones como ser
arsenurio de cadmio, teleruro de cadmio, sulfuro de plomo (SPb)
Impurezas activadoras
Para que el SCd tenga propiedades
fotosensibles, es necesario que tenga
impurezas activadoras: entre otras, el
cobre, la plata y el galio
Impurezas desactivadoras
Las que producen el efecto contrario, es
decir las desactivadoras, se puede
mencionar al hierro, que no debe estar en
una concentración superior a un
átomo de Fe por cada millón de
átomos de Cd
RESISTORES ESPECIALES
LDR Fotoresistores
Características
Potencia : 100mW a 10W.
Frecuencia de trabajo: Los LDR pueden llegar a los 100 MHz
Disipación: Va de 100mW a 10W
Temperatura de trabajo: La temperatura de trabajo de los LDR se
encuentra entre –40°C y los +70°C
Tensión de trabajo: Los LDR presentan ventajas, al poder funcionar tanto en
c. c. como en c. a. y algunas conectadas directamente a la red de 220V.
Tolerancias: En requerimientos generales de uso: ±10%, el resto supera
este valor
RESISTORES ESPECIALES
LDR Fotoresistores
Característica Iluminación – Resistencia:
Donde:
R = Valor de resistencia [Ω].
L = Iluminación en lux.
A y α son constantes.
Respuesta espectral
RESISTORES ESPECIALES
MDR Magnetoresistores
Son semiconductores cuya resistencia aumenta con el aumento del campo magnético
Este efecto fue descubierto por William Thomson en 1857, aunque no fue capaz de
disminuir la resistencia en más de un 5% (Hoy en día se llega hasta el 600%).
Las investigaciones recientes han permitido descubrir
materiales que
presentan magnetorresistencia gigante (Giant Magnetoresistance Effect, o GMR),
magnetorresistencia
colosal
(Colossal
Magnetoresistance
o
CMR)
y
magnetorresistencia de efecto túnel (Tunnel Magnetoresistance Effect o TMR).
Tanto la MR como la GMR se basan en el espín de los electrones y por eso forman
parte de la espintrónica.
Los espirales de Bismuto aumentan en un
50% cuando se hallan en presencia de una
inducción de B = 10 KGs
Los de antimoniuro de indio - níquel
antimonio, sufren un incremento de 5 a 15
veces
RESISTORES ESPECIALES
El aumento de la
resistencia es
independiente de la
polaridad de la corriente
MDR Magnetoresistores
El semiconductor
posee dominios de conducción
metálica de algunas
centésimas de milímetro
Si se aplica un campo magnético, su resistencia se verá modificada y la
máxima sensibilidad se observa cuando el MDR está casi perpendicular al
vector Inducción B
RESISTORES ESPECIALES
MDR Magnetoresistores
Este ángulo es de 80°, para un campo de 10
KGs aproximadamente, de desviación de la
corriente con respecto a la dirección anterior
de la misma, provocando un aumento en la
trayectoria y con ello aumentando la
resistencia. (R = ρ. l /s)
Frecuencia de trabajo:
Montado en hierro: por encima de 1 MHz
Montado en epoxi: por encima de los 10 MHz
Curva RB / R0 en función de B
RB resistencia en presencia del campo magnético
R0 resistencia sin campo magnético
RESISTORES ESPECIALES
MDR Magnetoresistores
RESISTORES ESPECIALES
MDR Magnetoresistores
RESISTORES ESPECIALES
Sensor Efecto Hall
 Consisten básicamente de una pieza delgada
de material semiconductor de tipo P
rectangular, como el arseniuro de galio (GaAs),
antimonio de indio (InSb) o arseniuro de indio
(InAs), sobre la cual pasa una corriente continua
a través de la misma.
 Cuando el dispositivo se coloca dentro de un
campo magnético, las líneas de flujo magnético
ejercen una fuerza sobre el material
semiconductor que desvía los portadores de
carga, electrones y huecos, a ambos lados de la
losa de semiconductores.
 A medida que estos electrones y huecos se
mueven una diferencia de potencial se produce
entre los dos lados del material semiconductor.
La tensión de salida, llamada tensión Hall,
(VH), es directamente proporcional a la
intensidad del campo magnético que pasa a
través del material semiconductor (V α H).
RESISTORES ESPECIALES
Donde:
• VH
• RH
• I
• B
Tesla
• t
es la tensión Hall en voltios
es el coeficiente por efecto Hall
es la corriente a través del sensor
es la densidad de flujo magnético en
es el espesor del sensor en mm
Sensor Efecto Hall
RESISTORES ESPECIALES
Sensor Efecto Hall
Aplicaciones
En muchas aplicaciones pueden ser operados por un único imán permanente unido
a un eje o dispositivo móvil.
Hay varias formas de detección de movimiento: "Head-on", "Sideways", "push-pull"
o "push-push", etc.
Cada tipo de configuración se utiliza, para asegurar la máxima sensibilidad de las
líneas magnéticas de flujo; siempre deben ser perpendiculares a la zona de
detección del dispositivo y deben tener la polaridad correcta.
RESISTORES ESPECIALES
Sensor Efecto Hall
RESISTORES ESPECIALES
Sensor Efecto Hall
Evaluación
Resistores Especiales: Evaluación
Resistores NTC, ecuación característica. y Coeficientes α y β.
Curvas características del NTC.
Tecnologías de fabricación del NTC.
Coeficiente de Temperatura y disipación del NTC.
Linealización del NTC.
Resistor PTC. Curvas características.
Resistor VDR. Curva característica.
Resistor LDR. Curva característica.
Resistor MDR. Curva característica.
Generador de Efecto Hall.