Informe Electricos

V. CUESTIONARIO

1.- ¿Qué es una impedancia y de qué depende su valor?

Sea un componente eléctrico o electrónico o un circuito alimentado por una corriente sinusoidal . Si el voltaje a sus extremos es , la impedancia del circuito o del componente se define como un número complejo cuyo módulo es el cociente y cuyo argumento es .

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Es la oposición total (Resistencia, Reactancia inductiva, Reactancia capacitiva) sobre la corriente

Como el voltaje y las corrientes son sinusoidales, se pueden utilizar los valores pico (amplitudes), los valores eficaces, los valores pico a pico o los valores medios. Pero hay que cuidar de tratarlos uniformemente y no mezclar los tipos. El resultado de los cálculos será del mismo tipo que el utilizado para los generadores de voltaje o de corriente.

La impedancia puede representarse como la suma de una parte real y una parte imaginaria:

es la parte resistiva o real de la impedancia y es la parte reactiva o imaginaria de la impedancia. Básicamente hay dos clases o tipos de reactancias:

• Reactancia inductiva o : Debida a la existencia de inductores.

• Reactancia capacitiva o : Debida a la existencia de capacitores.

2. ¿Qué tipos de conexión existen en las impedancias?

Impedancias en serie o en paralelo

Las impedancias se tratan como las resistencias con la ley de Ohm. La impedancia es igual a su suma:

Serie

La impedancia de varias impedancias conectadas en paralelo es igual al recíproco de la suma de sus recíprocos:

Paralelo

3. Analizar los circuitos en forma teórica y compararlos con los experimentales. ¿Son iguales? ¿Por qué?

4. ¿Qué tipos de impedancias existen y cuál es el uso de cada uno?.

La impedancia puede ser inductiva o capacitiva. En todos los casos se puede suponer que la impedancia total de un circuito está formada por 3 reactancias, capacitiva, inductiva y resistiva

si la reactancia capacitiva o inductiva es más fuerte a determinada frecuencia entonces la impedancia total será capacitiva o inductiva respectivamente. Si los efectos se igualan el efecto es nulo y la impedancia total actúa como una resistencia.

La impedancia inductiva se aplica en el uso de bobinas, ya sea de transformadores de tensión o de motores eléctricos, etc.

La impedancia capacitiva se aplica en el uso de capacitores capaces de conservar, guardar y mantener una corriente eléctrica por un periodo determinado de tiempo.

5.- Enumere y explique todos los tipos de resistencias existentes.

Resistencias de hilo bobinado

Fueron de los primeros tipos en fabricarse, y aún se utilizan cuando se requieren potencias algo elevadas de disipación. Están constituidas por un hilo conductor bobinado en forma de hélice o espiral (a modo de rosca de tornillo) sobre un sustrato cerámico.

Las aleaciones empleadas son las que se dan en la tabla, y se procura la mayor independencia posible de la temperatura, es decir, que se mantenga el valor en ohmios independientemente de la temperatura.

Resistencias de carbón prensado

Estas fueron también de las primeras en fabricarse en los albores de la electrónica. Están constituidas en su mayor parte por grafito en polvo, el cual se prensa hasta formar un tubo como el de la figura.

Las patas de conexión se implementaban con hilo enrollado en los extremos del tubo de grafito, y posteriormente se mejoró el sistema mediante un tubo hueco cerámico (figura inferior) en el que se prensaba el grafito en el interior y finalmente se disponian unas bornas a presión con patillas de conexión.

Las resistencias de este tipo son muy inestables con la temperatura, tienen unas tolerancias de fabricación muy elevadas, en el mejor de los casos se consigue un 10% de tolerancia, incluso su valor óhmico puede variar por el mero hecho de la soldadura, en el que se somete a elevadas temperaturas al componente. Además tienen ruido térmico también elevado, lo que las hace poco apropiadas para aplicaciones donde el ruido es un factor crítico, tales como amplificadores de micrófono, fono o donde exista mucha ganancia. Estas resistencias son también muy sensibles al paso del tiempo, y variarán ostensiblemente su valor con el transcurso del mismo.

Resistencias de película de carbon

Este tipo es muy habitual hoy día, y es utilizado para valores de hasta 2 watios. Se utiliza un tubo cerámico como sustrato sobre el que se deposita una película de carbón tal como se aprecia en la figura.

Para obtener una resistencia más elevada se practica una hendidura hasta el sustrato en forma de espiral, tal como muestra (b) con lo que se logra aumentar la longitud del camino eléctrico, lo que equivale a aumentar la longitud del elemento resistivo.

Las conexiones externas se hacen mediante crimpado de cazoletas metálicas a las que se une hilos de cobre bañados en estaño para facilitar la soldadura. Al conjunto completo se le baña de laca ignífuga y aislante o incluso vitrificada para mejorar el aislamiento eléctrico. Se consiguen así resistencias con una tolerancia del 5% o mejores, además tienen un ruido térmico inferior a las de carbón prensado, ofreciendo también mayor estabilidad térmica y temporal que éstas.

Resistencias de película de óxido metálico

Son muy similares a las de película de carbón en cuanto a su modo de fabricación, pero son más parecidas, eléctricamente hablando a las de película metálica. Se hacen igual que las de película de carbón, pero sustituyendo el carbón por una fina capa de óxido metálico (estaño o latón). Estas resistencias son más caras que las de película metálica, y no son muy habituales. Se utilizan en aplicaciones militares (muy exigentes) o donde se requiera gran fiabilidad, porque la capa de óxido es muy resistente a daños mecánicos y a la corrosión en ambientes húmedos.

Resistencias de película metálica

Este tipo de resistencia es el que mayoritariamente se fabrica hoy día, con unas características de ruido y estabilidad mejoradas con respecto a todas las anteriores. Tienen un coeficiente de temperatura muy pequeño, del orden de 50 ppm/°C (partes por millón y grado Centígrado). También soportan mejor el paso del tiempo, permaneciendo su valor en ohmios durante un mayor período de tiempo. Se fabrican este tipo de resistencias de hasta 2 watios de potencia, y con tolerancias del 1% como tipo estándar.

Resistencias de metal vidriado

Son similares a las de película metálica, pero sustituyendo la película metálica por otra compuesta por vidrio con polvo metálico. Como principal característica cabe destacar su mejor comportamiento ante sobrecargas de corriente, que puede soportar mejor por su inercia térmica que le confiere el vidrio que contiene su composición. Como contrapartida, tiene un coeficiente térmico peor, del orden de 150 a 250 ppm/°C. Se dispone de potencias de hasta 3 watios.

Se dispone de estas resistencias encapsuladas en chips tipo DIL (dual in line) o SIL (single in line).

Resistencias dependientes de la temperatura

Aunque todas las resistencias, en mayor o menor grado, dependen de la temperatura, existen unos dispositivos específicos que se fabrican expresamente para ello, de modo que su valor en ohmios dependa "fuertemente" de la temperatura. Se les denomina termistores y como cabía esperar, poseen unos coeficientes de temperatura muy elevados, ya sean positivos o negativos. Coeficientes negativos implican que la resistencia del elemento disminuye según sube la temperatura, y coeficientes positivos al contrario, aumentan su resistencia con el aumento de la temperatura. El silicio, un material semiconductor, posee un coeficiente de temperatura negativo. A mayor temperatura, menor resistencia. Esto ocasiona problemas, como el conocido efecto de "avalancha térmica" que sufren algunos dispositivos semiconductores cuando se eleva su temperatura lo suficiente, y que puede destruir el componente al aumentar su corriente hasta sobrepasar la corriente máxima que puede soportar.

6.- Enumere y explique todos los tipos de inductancias existentes.

Inductor con núcleo de aire

El término bobina de núcleo de aire describe un inductor que no utiliza un núcleo magnético hecho de un material ferromagnético. El término se refiere a bobinas enrolladas en formas no magnéticas de plástico, de cerámica, o de otro tipo, así como aquellos que tienen sólo aire dentro de los devanados. Bobinas de núcleo de aire tienen inductancia más baja que las bobinas de núcleo ferromagnético, pero se utilizan a menudo a altas frecuencias debido a que están libres de las pérdidas de energía llamadas pérdidas en el núcleo que se producen en los núcleos ferromagnéticos, que aumentan con la frecuencia. Un efecto secundario que puede ocurrir en las bobinas de núcleo de aire en el que el bobinado no está soportada rígidamente en un formulario es 'microfonía': la vibración mecánica de los devanados puede causar variaciones en la inductancia.

Inductor de núcleo ferromagnético

Inductores de núcleo ferromagnético o con núcleo de hierro utilizan un núcleo magnético hecho de un material ferromagnético o ferrimagnético, tales como el hierro o ferrita para aumentar la inductancia. Un núcleo magnético puede aumentar la inductancia de una bobina por un factor de varios miles, aumentando el campo magnético debido a su mayor permeabilidad magnética. Sin embargo, las propiedades magnéticas del material del núcleo causan varios efectos secundarios que alteran el comportamiento del inductor y requieren la construcción especial:

• Pérdidas en el núcleo: Una variable en el tiempo corriente en un inductor ferromagnético, lo que provoca un campo magnético variable en el tiempo en su núcleo, hace que las pérdidas de energía en el material del núcleo que se disipa en forma de calor, debido a dos procesos:

o Corrientes de Eddy: De la ley de inducción de Faraday, el campo magnético variable puede inducir bucles de corriente eléctrica que circula en el núcleo de metal conductor. La energía en estas corrientes se disipa en forma de calor en la resistencia del material del núcleo. La cantidad de pérdida de energía se incrementa con el área interior del bucle de corriente.

o Histéresis: Cambio o invirtiendo el campo magnético en el núcleo también causa pérdidas debidas al movimiento de los pequeños dominios magnéticos que lo componen. La pérdida de energía es proporcional al área del ciclo de histéresis en el gráfico de BH del material del núcleo. Materiales de baja coercitividad tienen estrechos lazos de histéresis y pérdidas tan baja histéresis.

Inductor variable

Un inductor variable puede ser construido por hacer uno de los terminales del dispositivo de un contacto de resorte deslizante que puede moverse a lo largo de la superficie de la bobina, aumentando o disminuyendo el número de vueltas de la bobina incluido en el circuito. Una desventaja de este tipo es que el contacto normalmente cortocircuitos uno o más turnos. Estos resulta actuar como un cortocircuito en devanado secundario del transformador, con grandes corrientes que causan pérdidas de potencia. Un método de construcción más ampliamente utilizado es el uso de un núcleo magnético de ferrita móvil, que puede deslizarse en o fuera de la bobina. Al mover el núcleo más lejos en la bobina aumenta la permeabilidad, el aumento de la inductancia. Muchos inductores utilizados en aplicaciones de radio utilizar núcleos ajustables con el fin de ajustar estos inductores a su valor deseado, ya que los procesos de fabricación tienen ciertas tolerancias. A veces, tales núcleos para frecuencias por encima de 100 MHz están hechos de material no magnético altamente conductor tal como aluminio. Ellos disminuyen la inductancia debido a que el campo magnético no debe pasar por ellos.

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