Los elementos pasivos son aquellos que no generan energía por sí mismos, sino que la almacenan o disipan. Al interactuar con la energía que circula por el circuito, la transforman en otras formas: calor, luz, movimiento, campo magnético o campo eléctrico.
Almacenan o disipan energía. No la generan. Ejemplos: resistencias, inductores, condensadores.
En los esquemas y diagramas de circuitos eléctricos y electrónicos se utilizan dos símbolos normalizados para representar una resistencia. La elección de uno u otro depende de la norma utilizada: la norma estadounidense (ANSI) emplea el símbolo en zigzag, mientras que la norma europea (IEC) utiliza un rectángulo.
Símbolo ANSI (EE. UU.)
Símbolo en zigzag. Norma ampliamente usada en América.
Símbolo rectangular. Norma predominante en Europa y España.
La siguiente tabla muestra los valores de resistividad a 20 °C de los materiales más utilizados en aplicaciones eléctricas. Obsérvese que la plata y el cobre son los mejores conductores, mientras que el grafito y el acero inoxidable presentan valores notablemente más altos.
El cobre es el material más utilizado en la industria eléctrica por su excelente equilibrio entre conductividad y coste. La plata, aunque mejor conductora, resulta excesivamente cara para la mayoría de aplicaciones.
Los resistores fijos son aquellos cuyo valor de resistencia no puede modificarse una vez fabricados. Son los componentes más habituales en circuitos electrónicos y se fabrican en una amplia variedad de presentaciones físicas según la potencia que deben disipar, la precisión requerida y el método de montaje en la placa de circuito impreso (PCB).
Montaje through-hole. Sus bandas de color indican el valor de resistencia.
Mayor precisión y estabilidad térmica que los de carbón. Tolerancias de ±1% o menores.
Las resistencias SMD (Surface Mount Device) son resistores diseñados para el montaje superficial directamente sobre la superficie de la PCB, sin necesidad de agujeros pasantes. Son extremadamente pequeñas, lo que permite una gran densidad de componentes en los circuitos modernos.
Los arrays de resistencias (también llamados redes resistivas) integran múltiples resistencias en un único encapsulado, generalmente de tipo DIP o SIP. Son especialmente útiles cuando se necesitan varias resistencias con el mismo valor, como en circuitos de pull-up o pull-down para buses de datos digitales.
Las ventajas de los arrays son el ahorro de espacio en la placa, la reducción del tiempo de soldadura y la uniformidad de los valores entre todas las resistencias del conjunto.
El potenciómetro es un resistor variable de tres terminales. Dos de ellos conectan los extremos de la pista resistiva (resistencia total fija), mientras que el tercero, el cursor, se desplaza a lo largo de dicha pista para obtener una resistencia variable entre el cursor y cualquiera de los extremos.
Típicamente tiene forma circular con un eje de ajuste rotativo.
Se representa como una resistencia con una flecha que indica que su valor es ajustable.
El reóstato es otro tipo de resistor variable, funcionalmente similar al potenciómetro, pero con diferencias importantes en su diseño y aplicaciones. Mientras el potenciómetro se usa principalmente para señales de baja potencia, el reóstato está diseñado para trabajar con corrientes elevadas.
3 terminales. Baja corriente. Control de señal (audio, control de voltaje).
2-3 terminales. Alta corriente. Control de potencia (motores, calefacción).
Además de los potenciómetros y reóstatos, existen resistencias variables cuyo valor cambia en función de una magnitud física externa. Son la base de muchos sistemas de medida y control en la industria y la electrónica de consumo.
Termistor (NTC/PTC)
Su resistencia varía con la temperatura. NTC disminuye con el calor; PTC aumenta. Se usa en termómetros y protección térmica.
LDR (Fotorresistencia)
Su resistencia disminuye al aumentar la luz incidente. Se usa en sensores de luminosidad, alarmas y fotómetros.
Las resistencias de composición de carbón, las más clásicas y económicas, están formadas por una mezcla de carbón finamente pulverizado, un relleno aislante (generalmente cerámica) y un aglutinante de resina sintética. El conjunto se moldea en forma cilíndrica y se encapsula en un material aislante protector.
El parámetro clave que define el valor de la resistencia es la proporción de carbón en la mezcla: a mayor cantidad de carbón, mayor conductividad y, por tanto, menor resistencia. Ajustando esta proporción, los fabricantes obtienen los distintos valores de la serie normalizada.
Dado el pequeño tamaño de los resistores de orificio pasante (THT), no es posible imprimir su valor numérico directamente sobre su cuerpo. Para resolver esto, la industria electrónica adoptó el código de colores, un sistema de bandas de colores pintadas sobre el cuerpo del componente que permite identificar su valor de resistencia y tolerancia de forma rápida y universal.
Las resistencias con tolerancias del 5% al 10% se codifican con 4 bandas de color. Cada color corresponde a un dígito o multiplicador específico, según una tabla normalizada internacionalmente.
Las resistencias de precisión, con tolerancias del ±1% o ±2%, utilizan un código de 5 bandas de color. El sistema es similar al de 4 bandas, pero añade una tercera cifra significativa, lo que permite especificar valores con mayor exactitud.
1ª cifra significativa
2ª cifra significativa
3ª cifra significativa
Multiplicador
Tolerancia
La siguiente tabla recoge los valores completos del código de colores para resistencias. Aprender a interpretar esta tabla es una habilidad esencial para cualquier técnico o ingeniero electrónico.
El inductor, también llamado bobina o reactancia inductiva, es un elemento eléctrico pasivo que almacena energía en forma de campo magnético. Se construye enrollando hilo conductor alrededor de un núcleo (que puede ser de aire, hierro, ferrita u otros materiales magnéticos).
La simbología del inductor en los esquemas eléctricos representa una serie de semicírculos o curvas que evocan el bobinado del hilo conductor sobre un núcleo. Se representa con la letra L y su unidad de medida es el henrio (H).
La inductancia (L) es la propiedad del inductor que determina cuánta energía magnética puede almacenar por unidad de corriente. Se define como la relación entre el flujo magnético enlazado (N·Φ) y la corriente que lo produce (I):
Donde N es el número de espiras del bobinado, Φ es el flujo magnético a través de cada espira en webers (Wb) e I es la corriente en amperios (A). La inductancia se mide en henrios (H).
De la expresión L = N·Φ/I se extrae una conclusión fundamental: la inductancia es directamente proporcional al número de espiras (N) del bobinado y al flujo magnético (Φ), e inversamente proporcional a la corriente (I).
Al aumentar el número de espiras, el flujo magnético enlazado crece, aumentando la inductancia del componente.
Usar un núcleo ferromagnético multiplica el flujo magnético respecto al aire, incrementando enormemente la inductancia.
Para un mismo flujo, si la corriente es mayor, la inductancia calculada es menor. Sin embargo, el núcleo puede saturarse.
En la práctica, es muy difícil medir directamente el flujo magnético en una bobina. Por ello, resulta más útil trabajar con la relación entre el voltaje, la corriente y la inductancia en función del tiempo. Esta relación se obtiene aplicando la ley de Faraday:
Esta expresión indica que el voltaje en los terminales del inductor es proporcional a la derivada de la corriente respecto al tiempo. Es decir, el inductor solo genera voltaje cuando la corriente varía.
La capacitancia (C) es la propiedad eléctrica de un elemento para almacenar carga eléctrica bajo la acción de una diferencia de potencial. Un capacitor (o condensador) está formado por dos superficies conductoras paralelas (llamadas placas) separadas por un material dieléctrico (aislante).
La capacitancia se mide en faradios (F) y se define como la relación entre la carga almacenada (Q) y la tensión aplicada (V): C = Q/V. En la práctica, se utilizan submúltiplos como el microfaradio (μF), el nanofaradio (nF) y el picofaradio (pF).
El dieléctrico es el material aislante interpuesto entre las dos placas metálicas del capacitor. Su función es doble: por un lado, impide el paso directo de carga entre las placas; por otro, aumenta la capacitancia al permitir la polarización del material bajo la acción del campo eléctrico.
Dos placas metálicas de área S separadas una distancia d por el dieléctrico.
La capacitancia crece con el área de las placas (S) y con la permitividad del dieléctrico (ε), y decrece con la distancia entre placas (d): C = ε·S/d
El capacitor (o condensador) es un elemento eléctrico pasivo capaz de retener y almacenar carga eléctrica en forma de campo eléctrico entre sus placas. Es uno de los tres elementos pasivos fundamentales en electrónica, junto con la resistencia y el inductor. Se representa con la letra C.
Dos líneas paralelas de igual grosor. Puede conectarse en cualquier polaridad.
Una línea curva indica el polo negativo. Debe respetarse la polaridad en el montaje.
La estructura interna de un capacitor electrolítico típico consta de los siguientes elementos:
Conexiones metálicas externas que permiten integrar el componente en el circuito.
Cubierta protectora que permite manipular el componente con seguridad.
Unen los terminales externos a las placas metálicas internas.
Las placas almacenan la carga; el dieléctrico las separa y aumenta la capacitancia.
Al igual que las resistencias, los capacitores se clasifican en fijos y variables.
Los capacitores fijos tienen una capacitancia invariable determinada en fabricación. Otra clasificación importante es según el tipo de dieléctrico, que determina sus características eléctricas y aplicaciones.
Gran capacitancia. Polarizado. Dieléctrico de óxido de aluminio. Fuentes de alimentación.
No polarizado. Pequeña capacitancia. Muy estable. Filtros de alta frecuencia.
No polarizado. Baja pérdidas. Alta precisión. Electrónica de audio y potencia.
En todo sistema eléctrico es imprescindible disponer de elementos que permitan controlar el flujo de energía de forma segura. Los elementos de maniobra y protección cumplen esta función: permiten energizar circuitos, y protegen las instalaciones y equipos frente a condiciones anómalas como sobrecargas y cortocircuitos.
Su correcto dimensionamiento y selección es una tarea clave en el diseño de instalaciones eléctricas, tanto industriales como domésticas. La figura muestra un clásico interruptor de cuchillas monofásico, uno de los primeros elementos de maniobra utilizados en la historia de la electricidad.
Los interruptores son dispositivos cuya misión principal es permitir o interrumpir el paso de la corriente eléctrica en un circuito. Según su diseño y aplicación, pueden actuar sobre uno o varios conductores simultáneamente.
Actúan sobre un único conductor de fase. Usados en instalaciones domésticas y circuitos de baja potencia.
Actúan simultáneamente sobre los tres conductores de fase. Imprescindibles en instalaciones industriales y motores.
Muchos modelos incluyen un portafusibles integrado que añade una capa adicional de protección frente a sobreintensidades.
El fusible es el elemento de protección más simple y económico. Consta de un hilo conductor de pequeña sección fabricado con materiales de bajo punto de fusión, como el estaño, el plomo o aleaciones de ambos, alojado en un cartucho o soporte aislante.
Cuando la corriente supera el valor nominal del fusible durante el tiempo suficiente, el calor generado por el efecto Joule funde el hilo conductor, abriendo el circuito de forma irreversible. A diferencia del disyuntor, el fusible fundido debe ser sustituido
.
A la izquierda, fusible en buen estado con el hilo conductor intacto.
Fusibles cilíndricos de cartucho, ampliamente usados en instalaciones industriales y domésticas por su facilidad de sustitución y elevada capacidad de ruptura.
En los esquemas de circuitos eléctricos, el interruptor y el fusible se representan con símbolos normalizados que permiten identificar rápidamente su función dentro del circuito. Es fundamental conocer estos símbolos para poder interpretar y diseñar esquemas eléctricos.
Se representa como una línea abierta (posición abierta) o cerrada. Indica el paso o corte de corriente.
Se representa como un rectángulo o una línea con un símbolo especial que indica el elemento fusible en el interior del cartucho.
Material didáctico para estudiantes de ingeniería eléctrica · Por: Andrés Cela