Otros dispositivos de uso en electrónica
Un termistor NTC de 10 kΩ en un divisor con otro resistor de 10 kΩ se aparta casi 8 °C de la recta entre 0 y 70 °C. Con 5,1 kΩ el apartamiento baja a 2,2 °C: el resistor fijo también es parte del sensor.
01Termistores
Un termistor es un resistor semiconductor, de óxidos metálicos sinterizados, cuya resistencia cambia mucho con la temperatura. Los NTC bajan su resistencia al calentarse, alrededor de un 4 % por grado a temperatura ambiente, diez veces más que un metal; se usan para medir temperatura y para limitar la corriente de arranque de las fuentes. Los PTC suben bruscamente su resistencia por encima de una temperatura de transición, y sirven como protección y como calefactores autorregulados. Su resistencia sigue, en un rango acotado, la ecuación β:
La curva es muy alineal. Conectado en un divisor con un resistor fijo \( R_s \), la tensión de salida es una curva en S, con un punto de inflexión donde es casi recta. Ubicar la inflexión en el centro del rango de medición \( T_m \) da el resistor:
Un NTC de 10 kΩ a 25 °C con β = 3950 K, abajo un resistor fijo Rs hacia masa, alimentado con 3,3 V. La curva azul es la tensión sobre Rs; la línea de trazos, la recta entre 0 y 70 °C.
02Dispositivos de protección
| Dispositivo | Cómo actúa | Uso |
|---|---|---|
| Fusible | Se funde por \( I^2 t \); rápido o con retardo | Sobrecorriente y cortocircuito, una sola vez |
| PTC reseteable (polimérico) | Pasa a alta resistencia al calentarse y se recupera al enfriarse | Puertos USB, baterías, sobrecargas moderadas |
| Varistor (MOV) | Óxido de cinc que conduce por encima de una tensión; se degrada con cada impulso | Sobretensiones de la red |
| Supresor TVS | Diodo de avalancha de gran área, muy rápido | Descargas electrostáticas y transitorios en líneas de datos y alimentación |
| Descargador gaseoso (GDT) | Arco en un gas; gran energía, pero lento y con tensión de ruptura alta | Líneas telefónicas y de antena, primera etapa de protección |
Las protecciones se combinan en etapas: un descargador para la energía grande, una resistencia o inductancia de separación, y un TVS cerca del circuito para fijar la tensión con precisión.
03Relés y optoacopladores
Un relé electromecánico separa galvánicamente el circuito de control del de potencia y tiene resistencia de contacto muy baja, pero es lento, tiene rebote y vida mecánica limitada. Sus contactos se especifican para corriente y tensión, y la capacidad de corte en continua es mucho menor que en alterna, porque el arco no se apaga solo. La bobina necesita un diodo de rueda libre para no destruir el transistor que la maneja. Un relé de estado sólido, con un triac o transistores MOS y un optoacoplador, no tiene desgaste ni rebote, pero disipa y tiene corriente de fuga. Un optoacoplador transmite una señal a través de una barrera de aislamiento con un LED y un fototransistor, y se especifica por su relación de transferencia de corriente (CTR), que cae con el envejecimiento del LED.
04En el laboratorio
Medir la resistencia de un NTC en tres temperaturas con un baño y un termómetro de referencia, y calcular los coeficientes de Steinhart-Hart.
Medir la tensión sobre un NTC con distintas corrientes y detectar el error por autocalentamiento.
Observar en el osciloscopio la sobretensión al cortar la bobina de un relé, con diodo y sin él.
05Errores frecuentes
- Usar la ecuación β en todo el rango. Fuera del intervalo donde se ajustó, el error llega a varios grados.
- Olvidar el autocalentamiento del termistor. Una corriente de medición alta lo pone por encima de la temperatura que se quiere medir.
- Confiar en un varistor para siempre. Cada impulso lo degrada y puede terminar en cortocircuito.
- Cortar continua con un relé especificado para alterna. El arco no se extingue y quema los contactos.
06Autoevaluación
¿Qué resistencia tiene un NTC de 10 kΩ y β = 3950 K a 70 °C?
Unos 1,76 kΩ.
¿Qué resistor fijo linealiza mejor el divisor para medir entre 0 y 70 °C?
Uno cercano a 4,75 kΩ, el que ubica la inflexión en 35 °C; en la serie E24, 4,7 o 5,1 kΩ.
¿Por qué se combina un descargador gaseoso con un TVS?
El descargador absorbe la energía grande pero deja pasar un pico alto mientras enciende; el TVS fija la tensión rápido y con precisión.
¿Para qué sirve el diodo en paralelo con la bobina de un relé?
Para dar camino a la corriente de la bobina al cortarla y evitar la sobretensión.
07Para ampliar
- Ramón Pallás Areny. Sensores y acondicionadores de señal. 4.ª ed., Marcombo, 2003. Los termistores, su linealización y su acondicionamiento.
- Jacob Fraden. Handbook of Modern Sensors. 5.ª ed., Springer, 2016. Los sensores de temperatura y la física de cada uno.
- Charles A. Harper (ed.). Passive Electronic Component Handbook. 2.ª ed., McGraw-Hill, 1997. Los termistores, los varistores, los relés y los dispositivos de protección.