martes, 10 de octubre de 2017

Teoría de resistencias II: identificando a través del código de colores

Identificación de valores resistivos a través del código de colores. 

En esta ocasión vamos a ilustrar la forma en que se identifican las resistencias para propósitos de control que abarcan desde 1/8 hasta 2 watts de potencia. Esto debido a que por su tamaño se vuelve complicado rotular su valor, razón por la cual se ha implementado un código de colores que especifica el valor en ohms de cualquier resistencia convencional que se encuentre entre los valores de potencia mencionados. 

Resistencias de cuatro franjas 

Iniciaremos esta exposición por las que sin dudas son las resistencias más comunes y fáciles de identificar: las resistencias de cuatro franjas.

Imagen de una Resistencia de cuatro franjas
Figura 1: Resistencia de cuatro franjas
En la figura 1 podemos observar que existen un conjunto de cuatro franjas de color, el criterio para determinar su valor es el siguiente: 

  • Coloque la resistencia de tal modo que las tres franjas de color que se encuentren juntas, estén acomodadas de izquierda a derecha, dejando la franja más separada hacia la derecha de su perspectiva frontal. 
  • La primer franja de izquierda a derecha le indicara la primer cifra de la resistencia, la segunda franja le indicará la segunda cifra de la resistencia, la tercer cifra determinará el multiplicador o mejor dicho la cantidad de ceros que se colocarán a la derecha. La última franja le indicará cuanta tolerancia por arriba o por abajo del valor nominal tiene la resistencia. 

Para determinar los valores numéricos que le corresponden a cada franja, refiérase a la tabla 1. En ella se muestra el valor que cada franja tiene de acuerdo a su color y función.
 
Imagen de Tabla con código de colores para resistencia de cuatro franjas
Tabla 1: Código de colores para resistencias de cuatro franjas

Para clarificar lo antes expuesto, identificaremos el valor de la resistencia de la figura 2:
Figura 2: Resistencia de ejemplo

El color de la primera franja de izquierda a derecha es marrón y de acuerdo a la tabla 1, a la primera cifra de valor le corresponde el “1”.

El color de la segunda franja es negro, por lo que a la segunda cifra de valor le corresponde el “0”.

A la tercer franja de color le corresponde el valor del multiplicador, su color es el rojo y de acuerdo a la tabla 1, a los valores de las dos primeras franjas hay que agregarles dos ceros a la derecha, por lo cual el valor de esta resistencia es de 1000 ohms o 1kilo ohm. 

En cuanto a la última franja de tolerancia, podemos observar que es de color dorado y de acuerdo a la tabla su valor es de más menos cinco por ciento, esto quiere decir que el valor real de la resistencia estará comprendido entre 950 y 1050 ohms.

 Un hecho a destacar es que a nivel comercial la gran mayoría de las resistencias de cuatro franjas, el valor de la tolerancia es de 5%, reservándose valores más bajos de esta para resistencias de precisión. A continuación llevaremos a cabo unas prácticas de identificación.
Imagen para la Identificación de resistencias de 4 franjas
Figura 3

Refiérase a la resistencia que se encuentra en la parte superior de la figura 3; la clasificación de las franjas queda como sigue:

Color de la primer franja: rojo; valor de la primer cifra: 2.

Color de la segunda franja: gris; valor de la segunda cifra: 8.

Color de la tercer franja: rojo; valor del multiplicador: 1x102=100.

El valor de la resistencia es de 82x100 = 8200 ohms o lo que es lo mismo 8.2 kilo ohms.

La franja de tolerancia es de color dorado que corresponde a ±5%, por lo que el valor real de la resistencia estará comprendido entre 7790 y 8610 ohms

Para la resistencia de en medio tenemos que:

Color de la primer franja: marrón; valor de la primer cifra: 1.

Color de la segunda franja: verde; valor de la segunda cifra: 5

Color de la tercer franja: dorado; valor del multiplicador: 0.1.

El valor de la resistencia es de 15x0.1 = 15 ohms.

La franja de tolerancia es de color dorado que corresponde a ±5%, por lo que el valor real de la resistencia estará comprendido entre 14.25 y 15.75 ohms.

Ya para la última resistencia el valor de determina de la siguiente forma: 

Color de la primer franja: verde; valor de la primer cifra: 5.

Color de la segunda franja: azul; valor de la segunda cifra: 6.

Color de la tercer franja: marrón; valor del multiplicador: 1x101=10.

El valor de la resistencia es de 56x10 = 560 ohms.

La franja de tolerancia es de color dorado que corresponde a ±5%, por lo que el valor real de la resistencia estará comprendido entre 542 y 588 ohms.

Existen aplicaciones donde la precisión en los valores de los componentes es vital, es por eso que existe un tipo de resistencias con una baja tolerancia en la variación de su valor, nos referimos a las resistencias de precisión. Estas se distinguen por tener cinco franjas para su identificación, además de tener una tolerancia en su valor por lo general de uno o dos por cierto, lo cual les confiere una gran confiabilidad a la hora de realizar los diseños para aplicaciones tales como: equipos médicos, equipos de instrumentación, control, sensado de magnitudes físicas, etc. 
  
Imagen de Tabla con código de colores para identificar resistencias de 5 franjas
Tabla 2:Código de colores para resistencias de cinco franjas.
La tabla 2 nos muestra la forma en que se estructuran los valores de una resistencia de cinco franjas, como se puede observar la asignación de valores de acuerdo al color sigue siendo la misma que para las resistencias de cuatro franjas. La única diferencia observable entre una tabla y otra, es que en para las resistencias de cinco franjas existe un tercer dígito de identificación. Para clarificar este concepto, llevemos acabo unos ejercicios de identificación, mediante las resistencias de la figura 3.

Imagen de resistencias de 5 franjas
Figura 4: resistencias de precisión para el ejemplo
Para la resistencia de la parte superior, la determinación de su valor será como sigue:

Color de la primer franja: rojo; valor de la primer cifra: 2.

Color de la segunda franja: negro; valor de la segunda cifra: 0.

Color de la tercer franja: negro; valor de la tercer cifra: 0.

Color de la cuarta franja: negro; valor del multiplicador: 1x100=1.

El valor de la resistencia es de 200x1 = 200 ohms.

La franja de tolerancia es de color marrón que corresponde a ±1%, por lo que el valor real de la resistencia estará comprendido entre 198 y 202 ohms.

Para el caso de la resistencia intermedia tenemos:

Color de la primer franja: marrón; valor de la primer cifra: 1.

Color de la segunda franja: verde; valor de la segunda cifra: 5.

Color de la tercer franja: negro; valor de la tercer cifra: 0.

Color de la cuarta franja: rojo; valor del multiplicador: 1x102=100.

El valor de la resistencia es de 150x100 = 15000 ohms o 15 kiloohms

La franja de tolerancia es de color marrón que corresponde a ±1%, por lo que el valor real de la resistencia estará comprendido entre 14,850 y 15,150 ohms.

Para la última resistencia el valor será:

Color de la primer franja: marrón; valor de la primer cifra: 1.

Color de la segunda franja: negro; valor de la segunda cifra: 0.

Color de la tercer franja: negro; valor de la tercer cifra: 0.

Color de la cuarta franja: rojo; valor del multiplicador: 1x102=100.

El valor de la resistencia es de 10,000x1 = 10,000 ohms o 10 kiloohms.

La franja de tolerancia es de color marrón que corresponde a ±2%, por lo que el valor real de la resistencia estará comprendido entre 9,800 y 20,200 ohms.

Hasta este momento se ha cubierto una gran parte en lo que a teoría de resistencias se refiere, saber identificar sus valores a partir de las franjas de color, nos permitirá rápidamente corroborar si esta se encuentra en buen estado cuando realicen reparaciones y por otro lado en el diseño de montajes,
tener criterio sobre cual tipo de resistencia se elegirá para su mejor desempeño.

jueves, 1 de octubre de 2009

Leyes de Kirchhoff

Continuando con este curso de electrónica, daremos paso al siguiente tema teórico: Las Leyes de Kirchhoff.
Es muy importantye poder determinar las relaciones entre corriente y voltaje cuando un circuito consta de uno o más elementos. Analizaremos los circuitos formados por resistores como el de la figura 1, que es un circuito simple con 2 resistencias. Este circuito también tiene una fuente de voltaje. Cada elemento se conecta a otro por sus terminales.

Fuente de voltaje formando malla con 2 resistenciasFig1


Iniciemos el tema estableciendo los siguientes conceptos: Un punto en el que se conectan dos elementos se denomina nodo. Si en la terminal a se empieza el recorrido alrededor del circuito, pasando en orden por cada nodo ( es decir de a hacia b hacia c hacia d y de nuevo hacia a), se habrá recorrido una trayectoria cerrada.

Una trayectoria cerrada es un recorrido a través de una serie de nodos que termina en el nodo inicial sin pasar por un nodo más de una vez. También a la trayectoria cerrada se le denomina como un lazo.

Ejemplo 1
Identificar las trayectorias cerradas en el circuito de la fig. 2.

Figura 2
Solución
Existen tres trayectorias cerradas:
1 a-b-c-d-e-f-a
2 a-b-e-f-a
3 b-c-d-e-f-b
Nótese que en realidad que los nodos d, e y f son en realidad un solo nodo.
El profesor de la universidad de Berlín, Gustav Robet Kirchhoff, formuló dos leyes que relacionan la corriente y el voltaje en un circuito con dos o más resistencias. Kirchhoff, quién formuló sus leyes en 1847, aparece en la fig. 3

Fig. 3

La ley de Kirchhoff para corrientes (LKC) establece que la suma algebraica de las corrientes que entran a un nodo es igual a cero en todo instante. Este principio es consercuencia de que una carga no puede acumularse en un nodo.

Considérese el nodo de la fig. 4. La suma de las corrientes que entran en el nodo es:


I1 + I2 - I3 =0

Fig. 4


Notese que se tiene -I3 puesto que esa corriente abandona el nodo. Otra manera de plantear la LKC es que la suma de las corrientes que entran al nodo es igual a la suma de las corrientes que los abandonan.

La otra ley que se formuló fue la Ley de Voltajes de Kirchhoff, la cual establece que la suma algebraica de los voltajes alrededor de cualquier trayectoria cerrada en un circuito es idéntica a cero en todo instante.

Tómese un circuito con dos elementos y una fuente de voltaje, conectados como el de la figura 5. El voltaje a través de cada elemento aparece con su respectivo signo. Comenzando en el nodo c, la suma de voltajes alrededor del lazo es


-v1 + v2 + v3 = 0


Fig. 5


Un convenio usual es tomar el signo de la primer terminal del elemento que se encuentre al recorrer la trayectoria. Por tanto a partir de la terminal c, se encuantra el signo de v1, después el signo más de v2 y por último el signo menos de v3.

Ejemplo 1
En el circuito de la fig. 6, hallar cada corriente y cada voltaje cuando R1 = 8 Ω, v2 = -10V, i3 = 2 A y R3 = 1 Ω.
-->


Fig. 6
Solución:
La suma en el nodo a es
i1 - i2 -i3 = 0
Usando la ley de Ohm para R3 se encuentra que
v3 = R3 i3
=
1(2)
=
2V

La ley de Kirchhoff para voltajes (KVL) en el lazo izquierdo que contiene v1, v3 y la fuente de 10V, es
-10 + v1 + v3= 0
Por tanto,
v1 =10 - v3
=
8 V

La ley de Ohm para el resistor R1 es
v1 = R1 i1
i1= v1/R1
=
8/8
=
1 A

Como ya se han hallado i1 = 1 A e i3 = 2 A como se establecio originalmente, entonces
12 = i1-i3
=
1 - 2 A

= -1 A
Ahora se puede hallar la resistencia R2 de
v2 = R2 i2
de donde
R2 = v2/i2
=
-10/-1

= 10 Ω


Ejemplo 2
En el circuito de la fig. 7, hallar i1 y v1 si R3 = 6Ω.

 
Solución
Primero, se usa ley de Kirchhoff para corrientes (KCL) para escribir la ecuación de las corrientes en el nodo a, como sigue:
- i1 -i2 + 5 = 0
Sin embargo, usando la ley de Ohm para el resistor R3, se tiene 

12 = R3 i2
o
i2 = 12/6
= 2A
por tanto,
i1 = 5 - i2
=
3 A




Ahora se usa la KVL en el sentido de las manecillas del reloj alrededor del lazo izquierdo para obtener v1, como sigue:
- v1 - 6i1 +12 = 0
Puesto que i1 = 3 A, se tiene
v1 = 12 - 6i1
=
12 - 18
=
-6 V

Nótese que v1 e i1 son independientes de r2, ya que i1 + i2 = 5A sin considerar R2.
Hasta aqui concluimos este tema. Esperen las próximas entregas.

jueves, 25 de junio de 2009

Práctica 2


Saludos a todos los que consultan este blog: continuamos con esta serie de prácticas de electrónica, la de hoy se realizara mediante un tipo muy peculiar de resistencia. Me refiero a la fotorresistencia. Antes de iniciar la práctica expongamos algo de teoría al respecto.

La fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistncia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente.

Sus siglas LDR, se originan de su nombre en inglés light-dependent resistor. Su cuerpo está formado por una célula o celda y dos patillas. En la siguiente imagen se muestra su símbolo eléctrico.

La fotorresistencia está hecha de un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de cadmio, CdS Las células de sulfuro del cadmio se basan en la capacidad del cadmio de variar su resistencia según la cantidad de luz que incide la célula. Cuanto más luz incide, más baja es la resistencia. Las célula son también capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias, incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV).

Los valores típicos varían entre 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante, a continuación se muestra una figura de su apariencia física:




Expuesto lo anterior realizaremos una práctica para ilustrar el funcionamiento de las fotorresistencias, para ello requeriremos lo siguiente:


  • Fuente de voltaje de 5V.
  • Multímetro
  • 1 LDR de 2 M ohms.
  • 1 resistencia de 33 k ohms.
  • 1 transistor bc 547.
  • 1 protoboard.
  • 1 LED.
Armaremos el siguiente circuito:

Esto debería quedar alambrado como sigue:



Al energizar el circuito y si no hay errores, observaremos que de inmediato se enciende el LED, esto es debido a que la luz ambiente reduce la resistencia del LDR a un valor aprox. de 35 K ohms, con lo que circulará corriente suficiente en la base del transistor para que pase al estado de conducción.

Lo siguiente será medir voltaje entre el terminal del LDR conectado a la base del transistor y el punto de tierra del siguiente modo:





Debido a que seleccionamos un valor de resistencia (33 K ohms) aproximadamente igual al valor de la LDR cuando incide en ella luz, se obtiene una caida de voltaje cercana a la mitad del valor de la fuente con la que polarizamos nuestro circuito.

Si ahora tapamos la LDR, notaremos que el LED se apaga. En esta instancia la reisistencia de la LDR aumenta hasta 2 megaohms, restringiendo la caida de voltaje a un punto tal que la corriente que circula por la base es prácticamente nula, por lo que el transistor deja de conducir.




Con esto concluimos la práctica de hoy, les dejo el video de la misma y esten pendientes de la próxima práctica.