Tecnolog´ıa Electr´ onica, 3o GITT

Tema 1. Componentes Pasivos Resistencia Capacidades Inductores

Bibliograf´ıa “Passive Components for Circuit Design”, Ian Sinclair, Newnes “Op Amp Applications Handbook”, Walt Jung, Newnes

J.Ch´avez, Departamento Ingenier´ıa Electr´ onica - ESI - Universidad de Sevilla

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Tecnolog´ıa Electr´ onica, 3o GITT

T1-Componentes Pasivos

Resistencia I1

Tolerancia:

R1

Incertidumbre m´axima Solape entre intervalos Ausencia en zona central 20 %, 10 %, 5 %, 1 %, . . .

V1

La resistencia se puede definir como el dispositivo donde la diferencia de tensi´on V es proporcional a la corriente que lo recorre I : V = R · I.

Potencia: M´axima potencia disipable por convecci´on natural Relacionado con la superficie externa 1/8W , 1/4W , 1/2W , 1W , . . .

Valor nominal:

Dependencia geom´etrica: R =

Series de valores (preferred values), seg´ un tolerancia. Norma IEC 60063 Progresi´ on geom´etrica, k = 1,467 para E6 E6, 20% E12, 10% E24, 5%

E6, 20% E12, 10% E24, 5%

1.0

3.3 1.1

Resistividad ρ [Ω · m] caracter´ıstica del material Longitud L [m] Secci´on A [m2 ]

3.6

1.2

3.9 1.3

ρL A

4.3 4.7

1.5 1.6

5.1

1.8

5.6 2.0

6.2 6.8

2.2 2.4 2.7

7.5 8.2

3.0

9.1

Ejercicio: Determinar la resistencia de una traza PCB de cobre, de espesor 0,036mm, ancho 10mil y longitud 5cm: R = 17,24 · 10−9 f rac5 10−2 0,036−3 · 0,254−3 = 0,0957Ω

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T1-Componentes Pasivos

Dependencia temperatura: R1 = R0 · (1 + T C (t1 − t0))

Encapsulados axiales (axial lead ) smd

R0 : Resistencia a temperatura de referencia t0 (normalmente temperatura ambiente: 25o C ). R1 : Resistencia a temperatura t1 T C : Temperature Coefficient, ([ppm/o C]) Ejercicio: Calcular el valor a 100o C de una resistencia de 1KΩ con T C = ±100o C/ppm. R1 = 1K (1 ± 100 · 10−6 (100 − 27)) = 1K (1 ± 7,3m)

Construcci´ on

Dimension (in/mm)

Dimension (in/mm) Series

OB OC OE OG OH

RC05 RC07 RC20 RC32 RC42

Wattage

L

0.125 0.250 0.500 1.00 2.00

0.160/4.1 0.265/7.7 0.406/10.3 0.593/15.1 0.719/18.3

D

0.066/1.7 0.098/2.5 0.148/3.8 0.233/5.9 0.320/8.1

Lead Diameter

0.018/0.46 0.027/0.69 0.035/0.89 0.043/1.09 0.048/1.22

Voltage

Series

Wattage

150 250 350 500 500

0603 0805 1206 1210

0.1 0.125 0.25 0.5

L

0.063/1.6 0.079/2.0 0.13/3.2 0.13/3.2

W

Rated Voltage

0.031/0.8 0.049/1.25 0.063/1.6 0.098/2.5

75 150 200 200

Rated Current

1 2 2 2

Par´asitos Cp Ls R

Carbon composition. Varilla de polvo de grafito y cer´amica, con resina para rigidizar. Carbon film. Sobre un sustrato cer´amico se deposita una pel´ıcula de carb´on, que luego es cortada en forma de h´elice. Thick Film. Fabricaci´on resistencias SMD. Deposici´ on de pel´ıcula de material resistivo, mediante proceso foto-litogr´afico, sobre base cer´amica. Contactos met´alicos en los extremos.

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Ls : inductancia serie Debida a los terminales (leads), puede llegar a ser de nH . Despreciable en SMD Cp : capacidad paralelo. Tiene importancia a partir de 100M Hz

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T1-Componentes Pasivos

Identificaci´on: SMD, 3 digitos: los 2 primeros digitos corresponden a los de la resistencia, el tercero es el n´ umero de ceros. Una resistencia inferior a 10 tiene una R en el punto decimal. Ejercicio: Determinar los valores de: 221, 330, 105, 683 y 8R2. 220Ω, 33Ω, 1M Ω, 68KΩ y 8,2Ω, axiales, mediante bandas de color

Band

Silver Gold Black Brown Red ORange Yellow Green Blue Violet Grey White

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1

2

3 4 Number Digit−1 Digit−2 of zeros Tolerance .00 +−10% .0 +−5% 0 0 1 1 +−1% 0 2 2 +−2% 00 3 3 000 4 4 0,000 5 5 00,000 +−0.5% 6 6 000,000 +−0.25% 7 7 0,000,000 +−0.1% 8 8 +−0.05% 9 9

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T1-Componentes Pasivos

Capacidad I1

Tensi´ on de ruptura (Vbd : Breakdown Boltage):

C1

al aplicar dicha tensi´on, el campo el´ectrico (Eds : rigidez diel´ectrica, dielectric strength) hace que el diel´ectrico pierda su propiedad aislante. V Eds = bd d

V1

Tensi´on de funcionamiento (Working Voltage o Rated Voltage),

Un condensador es un dispositivo que almacena energ´ıa mediante campo el´ectrico. Se compone de dos conductores (plates) separados por un aislante (dielectric), siendo su ecuaci´on: I = C · dV /dt. Dependencia geom´etrica:

C=

l´ımite de funcionamiento en continua (DC) y en alterna (AC) ¡. Trabajar cerca de la m´axima tensi´on de funcionamiento reduce la vida u ´til del dispositivo.

Diel´ectricos:

A d

: permitividad.  = o · r donde: o = 8,85418 10−12 [F/m] es la permitividad del vac´ıo, r la permitividad relativa que depende del material. vac´ıo 1 aire seco 1.00059 tefl´on 2.1 nylon 3.4 papel 3.7 agua pura 80 A, ´area enfrentada d, espesor diel´ectrico

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condensadores de mica, este material permite la exfoliaci´on en finas l´aminas, tiene muy bajas p´erdidas, soporta altas temperaturas y no se degrada por oxidaci´on ni humedad. Funcionan muy bien a elevadas frecuencias (GHz) y elevadas tensiones. El problema es que son caras.

condensadores de pel´ıcula (film capacitor ). Durante a˜ nos se us´o papel como diel´ectrico, aunque sometidos a tratamientos para reducir la absorci´ on de agua. En la actualidad se emplean l´aminas de materiales pl´asticos (PP Polypropylene, PET

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T1-Componentes Pasivos

Circuito Equivalente: Rs XL

Xc

Z

Rs

Rs

C1

L1

Z

X c -X L δ

or

cit

pa

ca

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θ

al

condensadores de electrol´ıticos. Est´an formados por un electrolito como c´atodo, y la cuba como ´anodo. Permiten almacenar elevadas energ´ıas en reducidos volumen, aunque tienen pobres tolerancias, degradaci´ on con la temperatura, y elevadas corrientes de fuga. Tienen polaridad, si se aplica tensi´ on inversa (superior a 1.5v) desaparece parte del diel´ectrico interno y se destruye. Se distinguen varios tipos: • condensadores de aluminio, la cuba es de aluminio. Funcionan bien a bajas frecuencias. La marca indica el terminal negativo. • condensadores de t´antalo, la cuba es de t´antalo. Tienen p´erdidas mucho menores, teniendo una capacidad/volumen inferior. La marca indica el terminal positivo.

Rp

ide

Polyester, . . . ) sobre las que deposita aluminio. Ofrecen mejor estabilidad, funcionamiento con elevadas tensiones, aunque su zona de trabajo son bajas frecuencias y bajas temperaturas. Autoregeneraci´ on: En caso de perforaci´on del diel´ectrico, la sobreintensidad hace que la zona afectada se funda y se restablece el aislamiento. condensadores cer´ amicos. Disponen de una (mono-capa) o varias (multicapa) l´aminas cer´amicas como diel´ectrico. Se distinguen: • Class 1: elevada estabilidad (en tensi´on, temperatura y moderadamente en frecuencia) y bajas p´erdidas. Dentro de esta categor´ıa est´an los NP0, con rango 10 : 110pF , coeficiente de temperatura cero y DF 0.15 % • Class 2: debido a su elevada permitividad, tienen una elevada eficiencia volum´etrica, aunque pobre estabilidad y precisi´on. En esta categor´ıa tenemos RX7, con rango 0,1μF y Z5U, con rango 0,22 : 1μF . Poseen cierta dependencia con la tensi´ on y DF 3 %.

freq

C2

RDA C= C1 + C2

Q Quality factor, factor de calidad: Un elevado valor indica un comportamiento proximo al ideal. Xc −XL Q= Rs DF Dissipation Factor Representa el ratio entre energ´ıa perdida y energ´ıa almacenada. Rs DF = tan(δ) = 100 Xc −XL PF Power Factor Rs P F = cos(Θ) = Rs =  Z 2 +(Xc −X )2 Rs L Si Rs