Resistores especiales Martes, 15 de Noviembre de 2016 PROF Tit: ING. ADOLFO F. GONZÁLEZ PROF Aso: ING. RICARDO M. CESARI J. T P.: ING. RUBÉN O. VICIOLI.

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1 Resistores especiales Martes, 15 de Noviembre de 2016 PROF Tit: ING. ADOLFO F. GONZÁLEZ PROF Aso: ING. RICARDO M. CESARI J. T P.: ING. RUBÉN O. VICIOLI Ayud. 1º ING. GABRIEL SOSA UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL MENDOZA DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA CÁTEDRA DE TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA

2 TERMISTORES RESISTORES ESPECIALES 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).

3 TERMISTORES RESISTORES ESPECIALES 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.

4 TERMISTORES RESISTORES ESPECIALES 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.

5 TERMISTORES RESISTORES ESPECIALES 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 ).

6 TERMISTORES RESISTORES ESPECIALES 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:

7 TERMISTORES RESISTORES ESPECIALES 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. gráfico que nos muestra la variación de la resistencia específica con la temperatura

8 TERMISTORES RESISTORES ESPECIALES 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.

9 TERMISTORES 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. Una vez fijada la temperatura ambiente, el valor de resistencia del termistor es función de la potencia que tiene que disipar por sí mismo RESISTORES ESPECIALES

10 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. RESISTORES ESPECIALES TERMISTORES La conductividad térmica del medio donde se coloca el termistor. La velocidad relativa del medio donde se coloca el termistor. Los terminales, diámetro y composición del termistor. El tamaño, configuración y superficie reflectante del termistor. Ejemplo

11 TERMISTORES RESISTORES ESPECIALES 3 Características I – t 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. 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

12 RESISTORES ESPECIALES TERMISTORES USOS DEL TERMISTOR Mediciones de temperaturas Compensación en transistores

13 RESISTORES ESPECIALES TERMISTORES Compensación de bobinas con alambre de cobre

14 RESISTORES ESPECIALES TERMISTORES Control de temperatura Detector de nivel

15 TERMISTORES RESISTORES ESPECIALES 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 : Si resolvemos el sistema de ecuaciones las dos incógnitas R s R p que permiten linealizar por X 1 X 2 para las mismas Temperaturas T1 T2

16 PTC (Ballast Resitor) 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.

17 PTC (Ballast Resitor) RESISTORES ESPECIALES 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)

18 PTC (Ballast Resitor) RESISTORES ESPECIALES 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.

19 PTC (Ballast Resitor) 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).

20 RESISTORES ESPECIALES TERMISTORES

21 RTD Termo resistencia RESISTORES ESPECIALES 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.

22 RTD Termo resistencia RESISTORES ESPECIALES Algunos formatos comerciales 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

23 VDR Varistor RESISTORES ESPECIALES 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.

24 VDR Varistor RESISTORES ESPECIALES 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. La resistencia óhmica depende de la tensión aplicada. Esta dependencia es debida a la resistencia de contacto entre los cristales de carburo de silicio. Gráfico tensión – corriente escala lineal C = tensión en la cual I = 1 Ampers

25 VDR Varistor RESISTORES ESPECIALES Circuito equivalente Comportamiento en corriente continua

26 VDR Varistor RESISTORES ESPECIALES Operación en la región de fuga Operación en la región normal Operación en la región de ruptura 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 el modo de alta resistencia (aproximadamente 10 9 Ω) se muestra como un circuito abierto. La componente no lineal de resistencia, R X, puede ser ignorada debido a que R OFF en paralelo predomina. También R ON es insignificante comparada con R OFF. A grandes corrientes, cerca del rango máximo, el varistor se aproxima a un corto circuito. R x se va aproximando al valor R on. Esta resistencia es lineal y aparece a corrientes de 50 A a 50.000 A, dependiendo del tamaño del varistor. En conducción el voltaje en el varistor permanece relativamente constante a los cambios de corriente en varios órdenes de magnitud. El dispositivo resistivo, R X, está cambiando en respuesta a la corriente.

27 VDR Varistor RESISTORES ESPECIALES 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.

28 VDR Varistor RESISTORES ESPECIALES Aplicaciones

29 VDR Varistor RESISTORES ESPECIALES

30 LDR Fotoresistores RESISTORES ESPECIALES 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)

31 LDR Fotoresistores RESISTORES ESPECIALES 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) Para que el SCd tenga propiedades fotosensibles, es necesario que tenga impurezas activadoras: entre otras, el cobre, la plata y el galio 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 Impurezas activadorasImpurezas desactivadoras

32 LDR Fotoresistores RESISTORES ESPECIALES 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 Tolerancias: En requerimientos generales de uso: ±10%, el resto supera este valor 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. Características

33 LDR Fotoresistores RESISTORES ESPECIALES Donde: R = Valor de resistencia [Ω]. L = Iluminación en lux. A y α son constantes. Característica Iluminación – Resistencia: Respuesta espectral

34 MDR Magnetoresistores RESISTORES ESPECIALES 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%).William Thomson 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).magnetorresistencia gigante Tanto la MR como la GMR se basan en el espín de los electrones y por eso forman parte de la espintrónica.electrones 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

35 El aumento de la resistencia es independiente de la polaridad de la corriente 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 MDR Magnetoresistores RESISTORES ESPECIALES

36 MDR Magnetoresistores RESISTORES ESPECIALES 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 R B / R 0 en función de B R B resistencia en presencia del campo magnético R 0 resistencia sin campo magnético

37 MDR Magnetoresistores RESISTORES ESPECIALES

38 MDR Magnetoresistores RESISTORES ESPECIALES

39 Sensor Efecto Hall RESISTORES ESPECIALES  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).

40 Sensor Efecto Hall RESISTORES ESPECIALES Donde: V H es la tensión Hall en voltios R H es el coeficiente por efecto Hall I es la corriente a través del sensor B es la densidad de flujo magnético en Tesla t es el espesor del sensor en mm

41 Sensor Efecto Hall RESISTORES ESPECIALES 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.

42 Sensor Efecto Hall RESISTORES ESPECIALES

43 Sensor Efecto Hall RESISTORES ESPECIALES

44 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. Evaluación

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