Componentes pasivos de uso general
Un divisor de dos resistores del 1 % puede errar hasta 50 mV sobre 5 V, pero en 4000 divisores simulados la desviación típica es de 20 mV. El peor caso es seguro; la estadística es realista.
01Resistores
El modelo ideal de los componentes pasivos se vio en componentes pasivos, de Teoría de los Circuitos I; acá interesan los componentes reales y cómo se eligen. En un resistor importan el valor, la tolerancia, el coeficiente de temperatura (TCR, en ppm/K), la potencia, la tensión máxima, el ruido y la estabilidad a largo plazo:
| Tecnología | Características |
|---|---|
| Película de carbón | Barato, 5 %, TCR alto y negativo; en desuso |
| Película metálica | 1 % o mejor, TCR de 15 a 100 ppm/K, poco ruido |
| Película gruesa (chip SMD) | El más usado; 1 % a 5 %, TCR de 100 a 200 ppm/K |
| Película delgada (chip SMD) | Precisión de 0,1 %, TCR de 5 a 25 ppm/K |
| Alambre bobinado | Potencia y precisión; inductivo |
| Lámina metálica | Máxima estabilidad, TCR cercano a 1 ppm/K |
Los valores siguen las series normalizadas de IEC 60063, con pasos logarítmicos: la E12 (10 %) tiene 12 valores por década, la E24 (5 %) 24 y la E96 (1 %) 96. La potencia nominal vale hasta una temperatura, típicamente 70 °C, y por encima se reduce linealmente. Los chips SMD se designan por su tamaño en pulgadas: 0402, 0603, 0805, 1206.
02Capacitores
El dieléctrico decide casi todo en un capacitor: la capacidad por volumen, la estabilidad, las pérdidas y la vida.
| Tipo | Características |
|---|---|
| Cerámico clase 1 (C0G, NP0) | Estable: 0 ± 30 ppm/K, sin efecto de la tensión; hasta decenas de nF |
| Cerámico clase 2 (X7R, X5R) | X7R varía ±15 % entre −55 y 125 °C, y pierde capacidad con la tensión continua aplicada |
| Cerámico Y5V, Z5U | Mucha capacidad, pero varía de +22 a −82 % con la temperatura |
| Película (polipropileno, poliéster) | Bajas pérdidas y autorreparables; filtros, audio, redes de amortiguamiento |
| Electrolítico de aluminio | Mucha capacidad barata; polarizado, ESR alta, vida limitada |
| Tantalio y polímero | Compactos y de ESR baja; los de tantalio fallan en cortocircuito si se exceden |
El electrolito de un capacitor de aluminio se evapora lentamente, y su vida útil depende de la temperatura. Como regla práctica, se duplica por cada 10 °C por debajo de la temperatura nominal:
03Inductores y transformadores
Un inductor comercial se especifica por su inductancia, su resistencia en continua, su corriente de saturación, donde la inductancia cae un porcentaje dado, su corriente térmica y su frecuencia de autorresonancia, por encima de la cual se comporta como un capacitor. Los materiales del núcleo se vieron en materiales magnéticos. Los transformadores de uso general, de red, se eligen por su potencia en VA, sus tensiones, su regulación entre vacío y plena carga, su clase de aislamiento y su seguridad eléctrica.
04Tolerancias: peor caso y estadística
La salida de un circuito depende de todos sus componentes, y cada uno tiene tolerancia y deriva con la temperatura. Hay dos formas de analizarlo: el peor caso, que combina todos los extremos y garantiza el cumplimiento, pero sobredimensiona; y el análisis estadístico o de Monte Carlo, que sortea miles de circuitos y estima qué fracción cumple.
4000 divisores de 10 V con dos resistores de 10 kΩ, cada uno sorteado uniformemente dentro de su tolerancia y de su coeficiente de temperatura. El histograma muestra la salida; las líneas rojas, el peor caso.
05En el laboratorio
Medir cincuenta resistores de un mismo lote y graficar el histograma. ¿Ocupa toda la tolerancia o está concentrado?
Medir un capacitor X7R de 10 μF con el medidor LCR aplicando distintas tensiones de polarización y comparar con la curva del fabricante.
Calentar un divisor con una pistola de aire y medir la variación de su salida, con resistores sueltos y con una red integrada.
06Errores frecuentes
- Usar el valor nominal de un cerámico X5R o X7R. Con la tensión continua aplicada puede perder más de la mitad de la capacidad.
- Olvidar la reducción de potencia. Un resistor de 1/4 W no disipa 1/4 W dentro de un gabinete caliente.
- Diseñar solo con la tolerancia. La deriva con la temperatura y el envejecimiento se suman.
- Poner un electrolítico junto al disipador. Cada 10 °C de más le quita la mitad de la vida.
07Autoevaluación
¿Cuántos valores por década tiene la serie E24?
Veinticuatro.
Un electrolítico de 1000 h a 105 °C trabaja a 65 °C. ¿Cuánto dura, según la regla práctica?
Unas 16 000 horas.
¿Cuál es el error de peor caso de un divisor 1:2 con resistores del 1 %?
±1 % de la salida: ±50 mV sobre 5 V.
¿Qué capacitor cerámico se usa en un oscilador o un filtro preciso?
Uno de clase 1, C0G o NP0.
08Para ampliar
- Charles A. Harper (ed.). Passive Electronic Component Handbook. 2.ª ed., McGraw-Hill, 1997. La tecnología de resistores, capacitores e inductores.
- Paul Horowitz y Winfield Hill. The Art of Electronics. 3.ª ed., Cambridge University Press, 2015. El capítulo inicial y los apéndices sobre componentes reales y su elección.
- Henry W. Ott. Electromagnetic Compatibility Engineering. Wiley, 2009. El comportamiento de los pasivos reales en alta frecuencia.