Ingeniería en comunicaciones y electrónica
Tema 1.2 del Plan de Estudios de Circuitos CA y CD IPN
¡Qué tal STEAMdiantes! a lo largo de su carrera en el fascinante mundo de la electrónica, se encontrarán con una multitud de componentes. Pero hoy, vamos a desglosar al más fundamental de todos, el pilar sobre el que se construyen circuitos más complejos: el resistor, también conocido como resistencia.
Piénsalo como una válvula de control para el flujo de agua en una tubería. Así como la válvula regula cuánta agua pasa, el resistor regula cuánta corriente eléctrica fluye a través de una parte de un circuito. Es, en esencia, un componente pasivo diseñado específicamente para oponerse al paso de la corriente.
Para entender al resistor, primero debemos dominar la ley más importante de la electrónica básica: la Ley de Ohm. Postulada por Georg Simon Ohm, esta ley establece una relación matemática simple y elegante entre voltaje, corriente y resistencia.
V = I ⋅ R
Donde:
- V es el Voltaje (diferencia de potencial), medido en Volts (V).
- I es la Corriente (flujo de electrones), medida en Amperes (A).
- R es la Resistencia, medida en Ohms (Ω).
No todos los resistores son iguales. Se fabrican con diversos materiales como carbón, película metálica o alambre de aleaciones específicas, y se clasifican principalmente en:
Resistores fijos: son los más comunes. Tienen un valor de resistencia único y constante. Los más habituales en prácticas de laboratorio son los de película de carbón o película metálica.
Resistores variables (potenciómetros): permiten ajustar su valor de resistencia girando una perilla o deslizando un cursor. Son esenciales para controlar el volumen en un equipo de audio o la intensidad de una luz.
Resistores dependientes (varistores): su resistencia cambia en función de una variable física. Algunos ejemplos de ellos son:
- LDR (Light Dependent Resistor): su resistencia disminuye al aumentar la intensidad de la luz.
- Termistores (NTC/PTC): su resistencia varía significativamente con la temperatura.
Para identificar el valor de un resistor fijo sin necesidad de un multímetro, utilizamos un código de bandas de colores. Para un resistor común de 4 bandas:
- 1ª Banda: primer dígito del valor.
- 2ª Banda: segundo dígito del valor.
- 3ª Banda: multiplicador (número de ceros a añadir).
- 4ª Banda: tolerancia (qué tan preciso es su valor).
Resistores en circuitos
Los resistores pueden combinarse de dos maneras básicas:
Circuito en serie
Cuando los resistores se conectan uno después del otro (en serie), comparten la misma trayectoria de corriente. Esto significa que:
La resistencia total (Req) es la suma de todas las resistencias individuales.
Req = R1 + R2 + ⋯ + Rn
Al estar en serie, los electrones deben atravesar cada resistor secuencialmente, por lo que la oposición total al flujo de corriente es la suma de todas las resistencias.
La corriente (I) es la misma en todos los componentes porque no hay derivaciones.
I = I1 = I2 = ⋯ = In
La corriente se calcula con el voltaje total (Vtotal) y la resistencia equivalente:
I = Vtotal / Req
El voltaje de la fuente se reparte entre cada resistor en proporción a su valor óhmico.
VRi = I ⋅ Ri
El voltaje total es la suma de las caídas de voltaje en cada resistor:
Vtotal = VR1 + VR2 + ⋯ + VRn
Ejemplo: Si tienes dos resistores R1=100Ω y R2=200Ω con una corriente de 0.1 A, las caídas de voltaje serán:
VR1 = 0.1 A × 100Ω = 10V
VR2 = 0.1A × 200Ω = 20V
Vtotal = 10V + 20V = 30V
Implicaciones
Si un resistor falla (abierto), la corriente se interrumpe en todo el circuito (como luces navideñas en serie).Aplicaciones comunes: divisores de voltaje, limitación de corriente en circuitos (ejemplo: LEDs con resistencia en serie).
Circuito en paralelo
Cuando los resistores se conectan a los mismos dos nodos (en paralelo), comparten el mismo voltaje, pero la corriente se divide entre ellos. A continuación, los principios fundamentales:
- El inverso de la resistencia equivalente (Req) es la suma de los inversos de cada resistencia individual: 1/Req=1/R1+1/R2+⋯+1/Rn
Caso particular para dos resistores:
Req=R1⋅R2 / R1+R2
Si todas las resistencias son iguales (R1= R2= ⋯ = Rn):
Req = R / n
Al conectar resistencias en paralelo, se proporcionan múltiples caminos para la corriente, reduciendo la oposición total al flujo (la resistencia equivalente siempre es menor que la resistencia más pequeña del grupo).
El voltaje (VV) es idéntico en todos los resistores porque están conectados directamente a los mismos nodos:
V = V1 = V2 = ⋯ = Vn
Esto se deriva de la Ley de Kirchhoff de Voltajes (LKV): la diferencia de potencial entre dos nodos es única.
La corriente total (Itotal) de la fuente se divide entre las ramas paralelas.
- Ley de Ohm aplicada: la corriente en cada resistor depende de su valor óhmico: Ii = V / Ri
- Corriente total: suma de las corrientes en cada rama (Ley de Kirchhoff de Corrientes, LKC): Itotal = I1 + I2 + ⋯ + In
- Ejemplo: si R1=100Ω y R2=200Ω se conectan en paralelo a V=10V:
I1 =10V / 100Ω = 0.1A
I2 =10V / 200Ω = 0.05A
Itotal =0.1A + 0.05A = 0.15A
Req = 100⋅200 / 100+200 ≈ 66.67Ω
Implicaciones
Si un resistor se abre, las demás ramas siguen funcionando (a diferencia del serie).Aplicaciones comunes: circuitos de alimentación (ejemplo: múltiples dispositivos en un USB). sistemas de iluminación (las lámparas en edificios están en paralelo).
Resistor en CA
Un aspecto crucial es la disipación de potencia. Cuando la corriente fluye a través de un resistor, la energía eléctrica se convierte en calor (Efecto Joule). Si este calor excede la capacidad del resistor, este se dañará. Por eso, los resistores tienen una potencia nominal (1/4W, 1/2W, 1W, etc.).
La potencia se calcula con las siguientes fórmulas:
P=V⋅I
P=I^2⋅R
P=V^2/R
Siempre deben elegir un resistor con una potencia nominal superior a la que calcularon que disipará.
Aquí viene una de las bellezas del resistor: en un circuito de corriente alterna, un resistor ideal se comporta de la misma manera que en corriente directa. Su oposición al paso de la corriente, llamada ahora impedancia (Z), es simplemente igual a su resistencia (ZR=R).
Lo más importante es que, en un resistor, la onda de voltaje y la onda de corriente están perfectamente en fase. Esto significa que sus picos y valles ocurren al mismo tiempo. Esta característica es fundamental y contrasta con el comportamiento de capacitores e inductores, como veremos más adelante en el curso.
El resistor es mucho más que un simple componente de dos terminales. Es la herramienta principal para controlar y limitar el flujo de la electricidad, para dividir voltajes y para establecer las condiciones de operación de componentes activos como transistores y amplificadores. Desde la Ley de Ohm hasta su comportamiento en CA, entender a fondo el resistor es el primer gran paso para dominar el análisis y diseño de circuitos.
No subestimen la importancia de este pequeño pero poderoso componente. ¡Es la base de casi toda la electrónica que conocemos y amamos!
Gracias por leernos.
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¡Hasta la próxima!
