Kitabı oku: «Reparar (casi) cualquier cosa», sayfa 5

Los componentes electrónicos en detalle

En las siguientes páginas de este capítulo os muestro una panorámica de componentes electrónicos, indico cómo reconocerlos, describo su funcionamiento y cómo, habitualmente, podrían dañarse. Además de los clásicos componentes que se encuentran en cualquier libro de electrónica, también he incluido TRIAC, SCR e IGBT, componentes normalmente poco tratados, pero muy utilizados en los circuitos reales y que os encontraréis al reparar.

Resistores

Un resistor (coloquialmente llamado también «resistencia») es un componente que sirve para reducir el flujo de corriente o para subdividir una tensión. Su contrapartida hidráulica está representada por un tubo que se estrecha en un punto.

En realidad, las resistencias se construyen con materiales que ofrecen una resistencia determinada al paso de la corriente. Un material resistivo es, por ejemplo, el grafito, es decir, el material que se utiliza en las minas de los lápices. Un valor bajo de resistencia equivale a un tubo poco estrecho o a un material que no opone demasiada dificultad al paso de la corriente eléctrica; tenemos un valor elevado de resistencia cuando una cantidad baja de corriente consigue fluir por el material. El símbolo que se utiliza para los resistores es una línea en zigzag, que recuerda a un camino sinuoso. A veces, también pueden identificarse con un simple rectángulo.

Junto al símbolo se puede indicar también el valor de la resistencia y el nombre otorgado por el diseñador, por ejemplo, R1. En el caso en que aparezcan solo los nombres, el esquema eléctrico irá acompañado por una lista de materiales y, junto al nombre de cada uno, se indicarán las características del componente.

Figura 2.6 – Un resistor y su símbolo circuital.

Los resistores que se utilizan en los circuitos electrónicos tienen valores que van desde fracciones de ohm hasta algunos millones de ohmios. El tipo de resistor más conocido se parece a una pequeña salchicha con los extremos hinchados y con unas bandas de colores que sirven para identificar su valor. Normalmente las bandas son cuatro y una de ellas, la situada en un extremo, es de color dorado. Para leer la resistencia, mantenemos la banda dorada a nuestra derecha y leemos las otras bandas de colores de izquierda a derecha utilizando la tabla de colores que se muestra en la Tabla 2.1.

Figura 2.7 – Lectura del valor de una resistencia con los códigos de colores.

Tabla 2.1 – Códigos de color para la lectura de los resistores.

Color	Valor
Negro	0
Marrón	1
Rojo	2
Naranja	3
Amarillo	4
Verde	5
Azul	6
Violeta	7
Gris	8
Blanco	9

Imaginemos que tenemos en nuestras manos una resistencia con las bandas de color marrón, amarillo y oro:

1. Tomamos el componente manteniendo la banda dorada a nuestra derecha;

2. empezamos a leer las bandas de izquierda a derecha;

3. la primera banda es la de color marrón;

4. anotamos “1” en un papel;

5. la segunda banda es negra y, por tanto, escribimos “0”;

6. la tercera banda es amarilla, por lo que escribimos “4”;

7. en el papel hemos escrito “104” (¡que todavía no es el valor de la resistencia!);

Figura 2.8 – Leemos las bandas del resistor y anotamos en un papel el código correspondiente a cada color.

8. borramos la tercera cifra y la sustituimos por el número de ceros igual al valor de la cifra. Eliminamos el número “4” y escribimos en su lugar cuatro ceros: “0000”;

Figura 2.9 – Sustituimos la tercera cifra por el correspondiente número de ceros.

9. ¡y la resistencia vale 100.000 ohmios!

En lugar de escribir 100.000 ohmios, los electrónicos prefieren utilizar 100 kΩ. Los números hasta el 999 se escriben sin abreviaturas. Los números por encima del millar se escriben con una “k”, que significa kilo:

1 kΩ = 1.000 Ω

10 kΩ = 10.00 Ω

100 kΩ = 100.000 Ω

Después de los “k” tenemos los mega “M”. Si tenemos un resistor de un millón de ohmios: 1.000.000 Ω, escribiremos 1 MΩ. A veces, el símbolo “k” o “M” se utiliza también como coma. Veamos algunos ejemplos existentes:

2k2 = 2.200 Ω

4k7 = 4.700 Ω

3M3 = 3.300.000 Ω

Para los números especialmente pequeños, por ejemplo, para las capacidades de los condensadores, se adopta el mismo sistema. En este caso hablaremos de:

mil: 1 / 1.000 o 0,001

micro: 1 / 1.000 de 1 mil o 0,000001

nano: 1 / 1.000 de 1 micro o 0,000000001

pico: 1 / 1.000 de 1 nano o 0,000000000001

Volvamos a la resistencia: la última banda de color indica la precisión del valor de la resistencia. Habitualmente es siempre de color dorado, que significa que el valor puede variar más o menos de un 5 %. Si la banda es de color plata, la tolerancia es del 10 %. Existen también componentes con mayores precisiones, de un 1 o 2 %: tienen cinco bandas en lugar de cuatro y se leen con un procedimiento similar al que acabamos de ver. Una resistencia del 1 % tiene cinco bandas, por ejemplo: rojo, rojo, negro, marrón, marrón. La última banda, la marrón, indica la precisión, que en este caso es del 1 %. Las otras cuatro bandas se leen siguiendo el procedimiento habitual y el número será el 2201, que se traduce en 2.200 ohmios.

No existen resistores de todos los valores imaginables, porque se necesitarían tiendas enormes. Las resistencias, así como casi todos los componentes electrónicos, se pueden comprar solo en una serie limitada de valores. Los valores admitidos para las resistencias más comunes, es decir, para las del 5 %, respetan la siguiente serie: 1; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2; 10. Nunca encontraremos una resistencia de 20 ohmios o de 18 ohmios. No existen componentes de 500 kΩ, sino de 470 kΩ o de 560 kΩ. Los resistores más comunes son los que tienen forma de salchicha, pero existen otros de otras formas y tipos. Las resistencias de este tipo están fabricadas utilizando carbón prensado u otros materiales resistivos. Las resistencias, cuando son atravesadas por una corriente, se calientan. Si la corriente que pasa es importante, la resistencia podría calentarse mucho e, incluso, dañarse. La potencia disipada siempre debe ser menor que la máxima potencia que soporta el componente. Los resistores más comunes son los de 1/4 de vatio. También pueden encontrarse de 1/8 de vatio, un poco más grandes para potencias de 1/2, 1 o 2 vatios o también resistores blindados, con el envoltorio de cerámica para poder soportar potencias de 5, 10 e incluso más de 20 vatios.

Figura 2.10 – Distintos tipos de resistores capaces de soportar varias potencias.

Imaginad que hacéis un cálculo y obtenéis que, en una determinada resistencia, circulará una corriente igual a 0,01 amperios (10 mA). La resistencia vale 220 ohmios y es de 1/4 de vatio (0,25 vatios), es decir, el formato más común en las resistencias de agujero pasante:

P =V · I = I² · R = 0,01 · 0,01 · 220 = 0,022 W < 0,25 W

La resistencia deberá disipar una potencia de 0,022 vatios y, por tanto, como puede soportar hasta 0,25, no tendremos ningún problema. Probablemente, se calentará pero no tendremos de qué preocuparnos. Imaginemos que aumentamos la corriente a 0,05 amperios (50 mA). En este caso, la potencia será:

P =V · I = I² · R = 0,05 · 0,05 · 220 = 0,55 W > 0,25 W

Ahora, la potencia a disipar será mayor que la nominal que soportaría el componente y, por tanto, sí que podría surgir algún problema. El diseñador más inteligente utilizará una resistencia de almenos 1 vatio para estar «seguro» de evitar cualquier daño. No redondeéis nunca: una resistencia con una potencia nominal de 1/2 vatio trabajaría al límite y, antes o después, se acabaría dañando.

Figura 2.11 – Algunos resistores dañados por corriente excesiva.

Si la potencia a disipar es notable, se pueden utilizar también resistores equipados con aletas de refrigeración. Podemos encontrar resistores con formatos anómalos: son componentes con características físicas o eléctricas especiales y que, por tanto, no se pueden realizar con los procesos de fabricación habituales. Estos dispositivos tienen formas especiales y poco reconocibles.

La electrónica moderna está miniaturizada. Los componentes utilizados en las producciones industriales son de montaje superficial (SMD – Surface Mount Device). Estos componentes son muy pequeños, económicos, precisos y rápidos de montar. Las resistencias de este tipo parecen pequeñas baldosas con dos bandas plateadas en sus extremos. Habitualmente, en la parte superior del componente se muestra el valor. No encontraremos bandas de colores, sino directamente un número del tipo 103R para una resistencia de 10.000 ohmios. La tercera cifra indica el número de ceros.

A veces es posible encontrar también números de cuatro cifras, en el caso de resistencias de mayor precisión. En algunos casos poco corrientes, en lugar de un texto «claro», puede aparecer un código alfanumérico (EIA-96) que necesita una tabla para ser interpretado. El código utiliza dos números para indicar la línea de una tabla en la cual es posible encontrar el valor, y una letra que indica el multiplicador. Por ejemplo, una resistencia con el código 68X vale 49,9 ohmios, es decir, 499 multiplicado por 0,1.

Tabla 2.2 – Códigos para las resistencias SMD (EIA-96).

Tabla 2.3 – Listado de multiplicadores para códigos de las resistencias SMD (EIA-96).

Código	Multiplicador
Z	0,001
Y o R	0,01
X o S	0,1
A	1
B o H	10
C	100
D	1.000
E	10.000
F	100.000

Las resistencias SMD se utilizan mucho en el sector industrial porque se pueden soldar en máquinas y, además, son más rápidas de montar respecto a las resistencias comunes de agujero pasante (Through Hole).

Como pueden ser utilizadas por máquinas, se pueden encontrar en distintos formatos, incluso muy pequeños. Los formatos disponibles se miden en mils, es decir, en milésimas de pulgada.

1 mil = 0,0254 mm

Desde el punto de vista de las medidas dimensionales, la electrónica es un verdadero desastre. Existen múltiples «convenciones» por las que tradicionalmente unas cosas se miden en mils y otras en milímetros. ¡Se necesita tiempo para acostumbrarse a ello! La medida más utilizada para las resistencias SMD es la denominada “0603”, que significa que el componente tiene el tamaño de 6 × 3 mils. Cuando se trabaja «a mano», es preferible utilizar formatos más manejables, como el ”0805” o el “1210”. Las medidas estándar son: 0201, 0402, 0603, 0805, 1206, 1210, 1218, 2010, 2512.

Figura 2.12 – Un resistor SMD de 1 MΩ en el formato 0603.

Existen también resistencias de tipo intermedio: son de montaje superficial, pero tienen forma cilíndrica y muestran las clásicas bandas de colores. Las resistencias de este tipo se denominan MELF (Metal Electrode Leadless Face). Gracias a su proceso de fabricación, son particularmente apreciadas por su estabilidad térmica. Existen tres variantes del paquete denominadas MicroMELF, MiniMELF y MELF, que se distinguen entre sí por su tamaño.

El hecho de que este tipo de componentes, MELF y SMD, puedan soldarse en máquinas, no excluye la posibilidad de utilizarlas también «a mano». Con una buena vista o con la ayuda de una lente de aumento y simples herramientas, podremos utilizarlas sin problemas.

Condensadores

Los condensadores se fabrican con una especie de sándwich formado por dos placas de material conductivo, las carcasas, que envuelven una capa aislante o solo aire, denominada dieléctrico. El símbolo eléctrico del condensador recuerda su estructura: dos pequeñas línea paralelas a las cuales se encuentran conectados dos terminales.

Figura 2.13 – Representación de la estructura de un condensador en el cual son visibles las carcasas y el dieléctrico; el símbolo eléctrico del condensador.

No hay contacto entre las partes y, por tanto, no debería circular corriente. De hecho, esto es lo que ocurre «por norma general», cuando las corrientes son estables. En los transistores, cuando las corrientes cambian en el tiempo, los condensadores acumulan cargas eléctricas en sus carcasas, positivas por una parte y negativas por la otra. Mientras haya acumulación de carga, habrá un paso de corriente. En realidad, un condensador es, desde el punto de vista eléctrico, un componente mucho más complejo, y siempre existe una determinada corriente, muy pequeña, que lo atraviesa. Estas diferencias son más importantes cuanto mayor es la frecuencia de las señales que lo atraviesan. En frecuencias muy elevadas se debería tener en cuenta también el efecto de sus terminales, que presentan una determinada inductancia.

Algunos fabricantes suministran el valor de la resistencia «de serie» ESR (Equivalent Series Resistor), que, cuando es muy bajo, indica un componente de calidad. El ESR vale pocos ohmios o fracciones de ohmio y, en efecto, se puede medir con los instrumentos adecuados. El ESR es un indicador del estado de salud del condensador. El condensador ideal no debería disipar corriente ni, por tanto, calentarse, porque no presenta resistencia. En presencia de un valor de ESR elevado, el componente empezará a calentarse y a disipar potencia.

La capacidad de transportar cargas por las carcasas se expresa en faradios. Estos componentes tienen un intervalo de valores muy amplio que va desde los miles de microfaradios (µF) de los condensadores utilizados en grandes fuentes de alimentación o amplificadores, hasta los picofaradios (pF) de los componentes utilizados para radios y ordenadores. Un condensador se puede comparar con un vaso, capaz de almacenar pequeñas cantidades de agua. Por este motivo, cuando se analiza un circuito que utiliza condensadores, hay que estar muy atentos, sobre todo si la placa que estamos examinando es la de una fuente de alimentación.

Los alimentadores modernos de tipo conmutado utilizan un condensador de voltaje elevado para nivelar la corriente de alta tensión presente en la entrada. Este condensador recibe más de 300 voltios y, si no se ha previsto un sistema de seguridad para descargarlo, podría transportar la carga incluso mucho tiempo después de que el circuito haya sido desconectado de la tensión de red. Antes de ponerle un dedo o un destornillador encima, medid la tensión en los extremos del condensador con un multímetro. Si el condensador está cargado, descargadlo. Algunos técnicos cortocircuitan simplemente los dos terminales, pero esta operación es peligrosa y debe evitarse porque puede dañarlo. Si el condensador está muy cargado, podría generar además una fuerte descarga y vosotros daríais un bote en la silla. Para descargarlo correctamente debéis utilizar una resistencia de un millar de ohmios y algún vatio de potencia con la cual debéis tocar los dos terminales. Además de evitaros molestas y peligrosas descargas eléctricas, esta operación protegerá también vuestras herramientas. Habitualmente tendréis que descargar un condensador soldado sobre un circuito impreso: buscad dónde se encuentran soldados sus terminales y aplicad la resistencia sobre las dos placas para descargarlo.

Figura 2.14 – Para descargar un condensador de forma segura, se puede utilizar una resistencia de aproximadamente 1 kΩ.

Si aplicamos una corriente variable a un condensador, este se comportará como un resistor: al aumentar la frecuencia, su resistencia disminuirá cada vez más hasta que llegue a ser nula. Sin embargo, el término correcto no es resistencia sino reactancia, que se expresa igualmente en ohmios. La fórmula para determinar la reactancia del condensador a una determinada frecuencia es:

En la fórmula se debe indicar la frecuencia de oscilación de la corriente en Hz y el valor del condensador en faradios; la constante π vale 3,14.

Veamos cuánto vale la reactancia para un condensador de 1µF (10^–6) a 50 Hz:

A una frecuencia de 1 kHz (10³):

A una frecuencia de 100 kHz (10⁵):

Los condensadores están fabricados mediante distintas tecnologías que se distinguen por el tipo de material utilizado para el dieléctrico: se utiliza cerámica, plástico, papel, líquidos y metales especiales, entre otros. Algunos tienen una polaridad que debe ser respetada si no se desea dañar el componente. Sobre él pueden leerse indicaciones útiles para conocer el valor, la máxima tensión de trabajo e identificar la polaridad. En el caso de tenerlos que sustituir, es importante respetar la tensión de trabajo máxima, porque si no, corremos el riesgo de dañar el componente perforando el dieléctrico. Es más difícil descifrar el valor de un condensador respecto al de una resistencia. Todas las tecnologías de fabricación producen condensadores con una forma típica y convenciones distintas. Respecto a las resistencias, los condensadores tienen tolerancias mucho mayores (en torno al 10 % o más) y su valor real puede ser muy distinto al valor nominal.

Los condensadores más simples de leer son los electrolíticos, que en su interior contienen un dieléctrico empapado en una solución líquida que tienen la forma de un cilindro: tensión, capacidad y polaridad se encuentran impresas en el envoltorio. Estos condensadores son baratos y bastante espaciosos, con valores de capacidades que van de fracciones de µF hasta miles de microfaradios; sin embargo, ofrecen características eléctricas peores que otros modelos de condensadores. Los condensadores electrolíticos también son los más delicados porque con el tiempo el dieléctrico tiende a secarse, lo que modifica el valor de la capacidad. Si los condensadores electrolíticos no se utilizan durante mucho tiempo, pueden dañarse. A veces, el dieléctrico puede incluso perforarse y el condensador se comporta como una resistencia o, peor aún, como un cortocircuito, lo que pone en peligro el funcionamiento del circuito.

Cuando tengáis que sustituirlos, utilizad un componente con la misma capacidad y la misma tensión de trabajo. Comprobad también el intervalo de temperatura para el cual ha sido diseñado, puesto que la temperatura también influye en el correcto funcionamiento: las altas temperaturas podrían estropearlo antes de tiempo. Si no encontráis un componente con las mismas características, utilizad uno con la tensión igual o superior (nunca inferior). Podéis utilizar un condensador con capacidad distinta comprobando dónde se inserta. Los condensadores electrolíticos están polarizados y muestran un signo que indica cuál es el terminal positivo y cuál el cátodo. Comprobad con atención la disposición de ánodo y cátodo y no la invirtáis por ningún motivo. Tened en cuenta que en el mercado existen también condensadores electrolíticos no polarizados: se trata de casos poco habituales, utilizados sobre todo en circuitos de audio de alta fidelidad.

Figura 2.15 – Condensadores de varios tipos: cerámico de disco, electrolítico, de poliéster y de tantalio. El símbolo del condensador recuerda las dos carcasas con el dieléctrico en el centro. Si el condensador está polarizado, junto a una de las carcasas se muestra un signo “+”.

En la variada familia de los condensadores, también encontramos los de tantalio. Suelen ser de tamaño reducido y con una característica forma «de gota». En la versión SMD, están empaquetados en pequeños paralelepípedos con una banda lateral que indica el cátodo. Estos condensadores también están polarizados y pueden alcanzar capacidades bastante elevadas ocupando muy poco espacio. Respecto a los electrolíticos comunes, duran más tiempo, se resienten poco de las variaciones de temperatura y son más caros. Debéis respetar siempre las polaridades y la tensión nominal de estos componentes, porque podrían explotar fácilmente.

Los condensadores más utilizados son de tipo cerámico. Los hay de capa única, de forma circular (también llamados «de disco»), con un simple dieléctrico de cerámica incluido entre las dos carcasas, o bien formado por varias capas de cerámica. Los condensadores cerámicos son muy comunes, de pequeñas dimensiones, no tienen polaridad y sus valores van de los pocos picofaradios (pF) a los cientos de miles de picofaradios. Sobre su cuerpo se muestra una sigla que indica la capacidad y la tolerancia. Si nos encontramos con el texto 102 k, significa que la capacidad es igual a 10; a este valor, debemos añadirle dos ceros, es decir, 1.000 pF, porque la capacidad siempre se expresa en picofaradios. La letra k indica que la tolerancia es del 10 %.

Tabla 2.4 – Tolerancia de los condensadores cerámicos.

Letra	Tolerancia
J	5 %
K	10 %
M	20 %
Z	20÷80 %

Las comas se pueden escribir con un punto, con una “P” o con la letra utilizada para indicar la tolerancia. Para salir de dudas, vale la pena contar con un multímetro que pueda medir también condensadores.

He aquí algunos ejemplos:

1 o 1P0 = 1 pF

3,3 o 3P3 = 3,3 pF

121 o n12 = 120 pf

Los condensadores plásticos tienen un dieléctrico de poliestireno, polipropileno, teflón, poliéster Mylar u otros plásticos. La película está metalizada para crear las carcasas. Normalmente tienen la forma de un pequeño paralelepípedo y los valores están escritos en la parte superior o a un lado, junto a las indicaciones del voltaje de trabajo.

Por ejemplo, el texto «334k 100v» significa que la capacidad es igual a 33 seguido de 4 ceros, es decir, 330.000 picofaradios. La letra k indica que la tolerancia es del 10 % y el voltaje máximo aplicable es de 100 voltios.

Estos componentes también utilizan una notación de dos cifras más un multiplicador, al cual deberíamos acostumbrarnos. La unidad mínima siempre es el picofaradio.

Tabla 2.5 – Tolerancia de los condensadores plásticos.

Letra	Tolerancia
F	1÷2 %
G	2 %
J	5 %
K	10 %
M	20 %

Veamos algún ejemplo:

102 o 1n o .001 = 1.000 pF o 1 nF

334 o 330n o .33 = 330.000 pF o 330 nF

Los condensadores también están disponibles para circuitos de montaje superficial. En este caso son como pequeños ladrillos de color beige o rosado con los contactos en sus dos extremos. Son similares a las resistencias SMD en cuanto al tamaño y comparten con ellos los mismos formatos (por ejemplo, 0603, 0805...). El gran problema de los condensadores SMD es que, aun teniendo las mismas dimensiones que las resistencias, no muestran ningún texto identificativo. Esto supone un gran problema en el caso de que sufran algún daño porque es muy difícil averiguar su valor original si no es mediante comparaciones, cálculos e hipótesis. En cambio, los condensadores electrolíticos SMD tienen una forma más parecida a los de agujero pasante, aunque de tamaño más reducido. Son pequeños cilindros colocados sobre una base de plástico desde la cual salen los dos contactos. El cátodo, por norma general, se identifica con una pequeña banda de color negro trazada en la parte superior, donde habitualmente puede leerse un texto con el valor y la tensión.

Figura 2.16 – Condensadores de montaje superficial. A la izquierda, un condensador cerámico. A la derecha, un condensador electrolítico (las figuras no están a escala).

Los condensadores se pueden conectar en serie o en paralelo. Las fórmulas se asemejan, en su forma, a las de las resistencias. Para los condensadores en paralelo, se calculan simplemente sumando sus valores:

C_tot = C₁ + C₂ + C₃ + ...

Para los condensadores en serie, utilizaremos la fórmula habitual «girada»: