Qué es un resistor y cómo funciona
Los circuitos electrónicos en general, desde los más sencillos hasta los más complejos, se construyen a partir de unos cuantos componentes básicos. Una pequeña variedad de piezas, en diferentes cantidades, nos sirve para construir los más diversos proyectos. De estos componentes, los resistores o resistencias son los más modestos y, a la vez, los más utilizados. Prácticamente no existen esquemas electrónicos en los que no se vean una o más resistencias. Estos componentes tienen como función distribuir adecuadamente las tensiones y corrientes que circulan por el circuito. Su funcionamiento se basa en la dificultad que ofrecen al paso de la corriente eléctrica algunos materiales, generalmente con valores de resistividad altos. Para definir el valor de una resistencia se utiliza como unidad el Ohm, que se representa por la letra griega omega (Ω).
Casualmente, una ley física que lleva como nombre Ley de Ohm es la que explica cómo se relacionan entre sí tres valores fundamentales de la electricidad: la tensión, la corriente y la resistencia. La ley mencionada establece que la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un resistor es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo, tal como lo expresa la siguiente fórmula:
I = V / R
Si empleamos unidades del Sistema Internacional, I representa la intensidad de la corriente medida en amperios (A), V la diferencia de potencial expresada en voltios (V), y R es el valor del resistor en ohmios (Ω). Esta fórmula es todo lo que necesitamos conocer para saber cómo se comportará un resistor sometido a una diferencia de potencial y cómo será la corriente que lo atraviese. Actualmente, el proceso de fabricación de resistores se ha optimizado tanto que se pueden comprar de a miles por unos pocos euros. A continuación, veremos cómo emplearlos, solos o combinados entre sí.
Valores normalizados y tolerancias
Si bien técnicamente sería posible construir un resistor de cualquier valor que deseemos, por una cuestión práctica solo se construyen de una serie de valores perfectamente normalizados que, combinados como veremos más adelante, permiten lograr cualquier valor de resistencia que necesitemos para nuestro proyecto. En realidad, existen varias “familias” de valores posibles, llamadas E6, E12, E24, etc.; el número que acompaña a la “E” representa la cantidad de valores diferentes que componen la familia mencionada. A los valores base se los multiplica por 10, 100, 1.000, 10.000, 100.000 o 1.000.000 para las resistencias más altas.
Los valores base de la familia E6 son 1.0, 1.5, 2.2, 3.3, 4.7 y 6.8, y presentan una tolerancia del 20%. La familia E12 está compuesta por los valores 1.0, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6, 6.8 y 8.2, con una tolerancia del 10%. Los valores básicos de la familia E24 son 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6, 1.8, 2.0, 2.2, 2.4, 2.7, 3.0, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2 y 9.1, con una tolerancia del 5%. Las demás series, como la E48 (2% de tolerancia) y las menos utilizadas E96 y E192, agregan valores intermedios a los mencionados y tolerancias más pequeñas. Cuando decimos “tolerancia” nos referimos al error máximo que puede presentar una resistencia en su valor. Por ejemplo, una resistencia de un valor teórico de 1000 ohmios con un 10% de tolerancia tendrá un valor real de entre 900 y 1100 ohmios.
Para no tener necesidad de escribir grandes cantidades de ceros al expresar valores de resistencias elevadas, se utilizan las letras “K” y “M”, que designan factores multiplicativos de 1.000 y 1.000.000. Si a un valor cualquiera de la tabla anterior, por ejemplo a 4,7, le agregamos la “K”, obtenemos 4.7K, que significa 4700 Ω. Si le añadimos la “M”, nos queda 4.7M, que indica 4.700.000 Ω. Muchas veces se utiliza la letra en lugar de la coma, por lo que 4.7K y 4K7 representan el mismo valor.
El código de colores
Existen básicamente dos tipos de códigos: uno utiliza cuatro bandas y el otro cinco. En el código de cuatro bandas, los dos primeros anillos representan los dígitos que forman el valor base de la resistencia, el tercero la cantidad de ceros que es necesario añadir y el cuarto el valor de la tolerancia. En la figura al pie de este texto podemos ver un gráfico que muestra el color correspondiente a cada valor.
Veamos con un ejemplo cómo se procede a determinar el valor de la resistencia de un resistor mirando sus bandas de colores. Si tomamos un resistor que tiene una banda marrón, una roja, una naranja y una dorada, su valor será 12000 ohmios, con el 5% de tolerancia, dado que según la tabla de colores el marrón representa el “1”, el rojo un “2” y el naranja significa que se agregan tres ceros.
Los resistores con cinco bandas de colores se leen de la misma manera, pero teniendo en cuenta que las tres primeras son los dígitos que forman el valor base, la cuarta banda la cantidad de ceros a agregar y la quinta la tolerancia. Si bien en un principio esta manera de rotular a los resistores puede parecer un poco confusa, se debe a que, como el cuerpo del componente es redondo, si se escribiera su valor con números podría darse el caso de que, al soldarlos en el circuito, ese valor quedara hacia abajo y no se pudiera leer. Al utilizar una banda que rodea todo el cuerpo del resistor, su valor es legible en cualquier posición, incluso en los casos en que parte del código se haya borrado. Con la habilidad que brinda la práctica, es posible leer los valores de los resistores sin consultar para nada la tabla de colores.
Asociación de resistores: serie, paralelo y mixta
La agrupación en serie consiste en unir los resistores uno a continuación del otro, como se ve en el esquema de la figura. De esta manera, la corriente I que circula por ambos es la misma, mientras que cada resistor presenta una diferencia de potencial distinta entre sus extremos, que dependerá, según la ley de Ohm, de los valores de cada resistor. No es difícil jugar matemáticamente sumando los productos parciales de tensiones y corrientes para demostrar que la resistencia total de la agrupación de resistores en serie es igual a la suma de las resistencias individuales:
R = R1 + R2 + R3 + … + Rn
Este método de agrupación permite obtener valores de resistencia mayores que los de los resistores individuales empleados. En caso de necesitar un valor de resistencia más pequeño que el de los resistores disponibles, podemos agruparlos en paralelo. En este caso, la conexión se efectúa como muestra la otra figura, en la que se ve que los terminales se unen en dos puntos comunes llamados nodos. Por cada rama, compuesta por un resistor, circula una corriente diferente, pero la tensión aplicada a todas es la misma. Nuevamente, trabajando matemáticamente con las corrientes y tensiones, se puede demostrar que la resistencia equivalente de una asociación de resistores en paralelo es igual a la inversa de la suma de las inversas de cada uno de los resistores.
En paralelo: 1 / R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + … + 1/Rn
- La resistencia equivalente de solo dos resistores en paralelo es R = (R1xR2) / (R1 + R2).
- Si todos los resistores son iguales, R = R/n
Por supuesto, nada impide asociar resistores de maneras que sean una combinación de las dos agrupaciones vistas. En esos casos, se dice que los resistores presentan una asociación mixta, y para calcular el valor de la resistencia equivalente habrá que ir resolviendo el circuito por partes, en cada una de las cuales utilizaremos alguna de las fórmulas que vimos, según sea el caso. En el caso del circuito de la tercera figura, la resistencia total se calcularía sumando en primer lugar las agrupaciones en serie R1 y R2 por un lado, y R3 y R4 por otro, con lo que el circuito quedaría como una agrupación en paralelo de cuatro resistores: R1+R2, R3+R4, R5 y R6. Utilizando la fórmula vista más arriba, podemos calcular el valor de la resistencia equivalente del circuito.
Resistores variables y especiales
Quizás los más comunes dentro de este grupo sean los llamados “potenciómetros” o “presets”, que consisten en una pista de material resistivo por la que se desliza un cursor capaz de recorrerla de un extremo al otro al ser accionado por un mando externo. La resistencia del dispositivo se toma entre uno de los extremos y el cursor, por lo que su valor varía de acuerdo con la posición de este. En el caso de los potenciómetros, están construidos para que su valor varíe con frecuencia, y se utilizan, por ejemplo, para controlar el volumen de un amplificador o la luminosidad de una lámpara. En el caso de los presets, la función es de ajuste, y se supone que solo se modificará su valor muy de vez en cuando, por lo que generalmente no disponen de un mando sino de un tornillo o ranura para ser accionados con un destornillador. La forma en que varía la resistencia del resistor variable a medida que deslizamos el cursor puede ser lineal o logarítmica. En algunas aplicaciones, como el audio, se utilizan potenciómetros logarítmicos, dado que se ajustan mejor a las características del oído humano.
También existen resistores para usos especiales que varían su valor con la temperatura. Se fabrican de dos tipos, dependiendo de si su resistencia aumenta o disminuye con la temperatura. Reciben el nombre de NTC y PTC, según tengan un coeficiente negativo (su valor disminuye al aumentar la temperatura) o positivo de temperatura.
Las LDR (Light Dependent Resistor, o Resistor Dependiente de la Luz) son, como su nombre lo indica, resistores cuyo valor varía de acuerdo con el nivel de luz al que están expuestas. Los valores extremos que adopta una LDR cuando está en total oscuridad o expuesta a plena luz varían de un modelo a otro, y se sitúan en el rango de los 50 Ω a 1000 Ω (1K) cuando están iluminadas con luz solar, y en valores comprendidos entre 50.000 Ω (50K) y varios megohmios (millones de ohmios) cuando está a oscuras.
Potencia y disipación de calor
Por último, al momento de seleccionar uno u otro resistor para su uso en nuestros proyectos debemos considerar la potencia máxima para la que fue construida. En efecto, la caída de tensión que se produce cuando la corriente atraviesa la resistencia se transforma en calor, y el componente elegido debe ser capaz de soportarlo sin destruirse. Para potencias pequeñas, de 1/8 de Watt a 1 Watt, suelen ser fabricados a partir de una barra de carbón, pero los que son capaces de disipar potencias mayores se construyen arrollando un hilo resistivo sobre un cilindro metálico, todo cubierto por un esmalte vitrificado. Este tipo de resistor puede llegar a disipar hasta 100 Watts, y a menudo es necesario algún tipo de mecanismo para proveer la ventilación adecuada.
En notas sucesivas veremos otros elementos que componen los circuitos y la forma en que se calcula su comportamiento, con el fin de familiarizarnos con ellos lo suficiente para poder encarar con éxito algunos proyectos, en los que construiremos interesantes equipos electrónicos para el hogar, el ocio o como herramienta en nuestro taller.
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