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I. OBJETIVOS:

Derivar pequeñas tensiones a partir de una tensión disponible usando los conocimientos que ya tenemos de tensión (diferencia de potencial), intensidad de corriente y resistencia

Si se conecta una carga al divisor de tensión (resistencia de carga R1), se habrá sometido a cargar el divisor de tensión.

El circuito puente se compone de la conexión en paralelo de dos divisores de tensión.

II. EQUIPOS Y MATERIALES:

Tarjeta insertable UniTrain-1

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III. FUNDAMENTO TEORICO:

Resistencia variable

Es un dispositivo que tiene un contacto móvil que se mueve a lo largo de la superficie de una resistencia de valor total constante. Este contacto móvil se llama cursor o flecha y divide la resistencia en dos resistencias cuyos valores son menores y cuya suma tendrá siempre el valor de la resistencia total.

Tipos de resistencias variables

Potenciómetros:Estos elementos son resistencias variables, cuyo valor varía al girar un eje o al desplazar un cursor o contacto móvil. Esta acción añade más o menos material a la resistencia, modificando el valor de esta desde cero (0 Ω) hasta un valor máximo, que aparece indicado en el potenciómetro. Cuanto más largo sea el hilo (generalmente de cobre) que forma la resistencia, mayor será el valor de esta. Las resistencias variables suelen emplearse como reguladores de corriente eléctrica

Resistencias variables con la luz: LDR:

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Estas resistencias disminuyen tremendamente su valor cuando aumenta la cantidad de luz que reciben, pasando de miles de ohmios a solamente unas decenas. Pensemos en la ley de Ohm. Si disminuye la resistencia, la intensidad aumenta.

Resistencia VDR

La resistencia VDR (Voltaje Dependent Resistors) o Varistor, es una resistencia dependiente de la tensión, ya que al aplicarle diferentes tensiones entre sus extremos, varía su resistencia de acuerdo con esas tensiones. La propiedad que caracteriza esta resistencia consiste en que disminuye su valor óhmico cuándo aumenta la tensión entre sus extremos. Ante picos altos de tensión se comporta casi como un cortocircuito

Símbolo Electrónico

El símbolo para representar estas resistencias en un esquema electrónico es el siguiente:

Símbolo Resistencia VDRCaracterísticas Electrónicas

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La resistencia óhmica de una resistencia VDR varía según la tensión aplicada en sus extremos, por lo tanto la corriente que circula por la resistencia VDR no es proporcional a la tensión aplicada. Al aumentar la tensión, el valor de la resistencia VDR disminuye rápidamente.

Gráfica en la que se muestra que al aumentar la tensión, el valor óhmico de la resistencia disminuye

RELACIÓN TENSIÓN-CORRIENTE

La relación tensión-corriente en una resistencia VDR, se puede expresar de forma aproximada, mediante la ecuación:

V = C х IB

o V = Tensión en los extremos de la resistencia (v)

o C = Tensión aplicada a la resistencia en la que la intensidad es igual a un amperio

o I = Corriente que circula por la resistencia (A)

o β = tang φ. Depende del material de que están compuestas.

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(Las VDR de óxido de titanio tienen un valor de β comprendido entre 0,16 y 0,40. Las VDR de óxido de cinc menor de 0,01)

Resistencia NTC

La resistencia NTC (Negative Temperature Coefficient) es una resistencia cuyo valor óhmico depende de la temperatura. Esta resistencia se caracteriza por su disminución del valor óhmico a medida que aumenta la temperatura, por tanto presenta un coeficiente de temperatura negativo.

Resistencia NTC

Símbolo Electrónico

El símbolo para representar estas resistencias en un esquema electrónico es el siguiente:

Símbolo Resistencia NTC

Características Electrónicas

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RELACIÓN RESISTENCIA-TEMPERATURA

El coeficiente de temperatura (α) es el % que disminuye su valor óhmico por cada grado de aumento de temperatura, se obtiene de la siguiente expresión:

α = - B/T2

Según los materiales utilizados en la fabricación de una resistencia NTC, la constante B, puede variar entre 2000 y 5500 ºK.

Gráfica Resistencia-Temperatura en una resistencia NTC

RELACIÓN TENSIÓN-INTENSIDAD

Cuando una intensidad muy pequeña atraviesa una resistencia NTC, el consumo de potencia será demasiado pequeño para registrar aumentos apreciables de temperatura o descensos en el valor óhmico, por lo tanto, la relación tensión-intensidad será prácticamente lineal.

Si aumentamos la tensión aplicada al termistor, obtendremos una intensidad en el que la potencia consumida, provocará aumentos de temperatura suficientes para que la resistencia NTC disminuya su valor óhmico, incrementándose la intensidad.

Resistencia PTC

La resistencia PTC (Positive Temperature Coefficient) es una resistencia cuyo valor óhmico depende de la temperatura. Esta resistencia se caracteriza por el aumento

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del valor óhmico a medida que aumenta la temperatura, por tanto presenta un coeficiente de temperatura positivo.

Resistencia PTC

Símbolo Electrónico El símbolo para representar estas resistencias en un esquema electrónico es el siguiente:

Símbolo Resistencia PTC

Características Electrónicas

RELACIÓN RESISTENCIA-TEMPERATURA

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Gráfica Resistencia-Temperatura de una resistencia PTC

En la gráfica anterior, vemos las variaciones del valor óhmico de la resistencia PTC al aumentar la temperatura. Al principio la resistencia no experimenta casi ninguna variación (I), se sigue aumentando la temperatura, hasta llegar a producirse un aumento considerable de la resistencia (II), pero si seguimos aumentando la temperatura, el valor óhmico vuelve a disminuir (III). Entonces solo podemos trabajar con la resistencia cuándo se encuentra en las zonas I y II, ya que en la III el componente puede estropearse. El límite de temperatura al que se puede llegar está en torno a los 400 ºC.

RELACIÓN TENSIÓN-INTENSIDAD

Hasta un determinado valor de voltaje, la característica I/V sigue la ley de Ohm, pero la resistencia aumenta cuando la corriente que pasa por la resistencia PTC provoca un calentamiento y se alcanza la temperatura de conmutación, temperatura a la cual el valor de la resistencia es igual al doble del que tiene a 25ºC. La característica I/V depende de la temperatura ambiente y del coeficiente de transferencia de calor con respecto a dicha temperatura ambiente.

Si la temperatura llega a ser demasiado alta, la resistencia PTC pierde sus propiedades y puede comportarse eventualmente de una forma similar a una resistencia NTC. Por lo tanto, las aplicaciones de una resistencia PTC están restringidas a un determinado margen de temperaturas.

Resistencias variables con la temperatura: NTC y PTC:

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Estas resistencias cambian su valor según la temperatura a la que se las somete. Las hay de dos tipos:NTC. Disminuyen su resistencia al aumentar la temperatura. (Coeficiente negativo de temperatura.)PTC. Aumentan su resistencia al aumentar la temperatura. (Coeficiente positivo de temperatura.)NTC: Si la temperatura aumenta, la resistencia disminuye. T↑ R↓PTC: Si la temperatura aumenta, la resistencia aumenta. T↑ R↓

IV. Resistencias variables termorresistencias (NTC)Las termorresistencias NTC (NTC = Coeficiente Temperatura Negativa) son semiconductores fabricados con cerámica policristalina de óxidos mixtos, que se emplean en mayor grado para la medición de la temperatura. En los materiales semiconductores, la cantidad de portadores libres de carga se eleva con el aumento de la temperatura, de manera que la resistencia eléctrica disminuye ante dicho aumento de temperatura. Por esta razón se los denomina también termistores. Con temperatura ambiente, presentan un coeficiente negativo de temperatura en el orden de magnitud de -3 a -5 % por grado. El rango típico de temperatura va de -60ºC a +200 ºC. La dependencia en función de la temperatura obedece a la siguiente ecuación:

T : Temperatura en K

T0 : Temperatura de referencia

B : Constante dependiente del material

La temperatura de referencia y la constante dependiente B del componente se pueden tomar de la correspondiente hoja de datos. Las temperaturas se deben expresar en Kelvin. La transformación de la temperatura a grados Kelvin se realiza por medio de la ecuación:

T = ( + 273°C).

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Las resistencias NTC poseen una sensibilidad esencialmente mayor que los termómetros de resistencia metálica. Entre los campos de aplicación se encuentra todo tipo de medición y control automático de temperatura. La desventaja de muchas aplicaciones, no obstante, radica en que la curva de la resistencia no es lineal sino exponencial. Por tanto, se debe llevar a cabo una linealización de dicha curva.

La tabla siguiente muestra, a manera de ejemplo, los valores básicos de una resistencia NTC, con una temperatura de referencia de T0 = 25°C y un valor de resistencia correspondiente de R25 = 5 k.

Tabla 1: Valores básicos de una resistencia NTC. (R25

Temperaturade medición 0 20 25 40 60 80 100 120

en °C

Valoresbásicos 16325 6245 5000 2663 1244 627,5 339 194,7

en ohmios

La imagen siguiente muestra la característica correspondiente (curva roja) junto con la característica de una resistencia que tiene un valor de referencia de 10 k (curva azul).

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V. PROCEDIMIENTO:

En el experimento siguiente se debe analizar la respuesta de las resistencias NTC. Para ello se registrará la característica de una resistencia de este tipo y se discutirán los posibles rangos de aplicación de este tipo de resistencias. Monte el circuito experimental que se representa a continuación en la sección II de la tarjeta de experimentación SO4203-7B:

Abra el instrumento virtual Fuente de tensión continua y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. Encienda a continuación el instrumento por medio de la tecla POWER. Abra el instrumento virtual Voltímetro A y Amperímetro B, seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente:

En el caso de que realice la medición de corriente empleando el amperímetro virtual, abra el instrumento y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. Ahora, ajuste la tensión de alimentación Ue, empleando uno tras otro, los valores expuestos en la tabla 1. Mida cada tensión U en la resistencia NTC, al igual que la corriente I que fluye por la resistencia y anote los valores de medición en la tabla. Antes de ajustar un nuevo valor de tensión, espere siempre aproximadamente un

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minuto antes de llevar a cabo la medición de corriente. Si pulsa la pestaña "Diagrama" de la tabla, después de realizar todas las mediciones, podrá visualizar gráficamente la característica resultante.

VI. DATOS EXPERIMENTALES:

Tabla 1:

Tabla 2:

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VII. CUESTIONARIO:

1) ¿Por qué es necesario esperar aproximadamente un minuto antes de medir la corriente después de realizar una modificación de la tensión?

La resistencia NTC se calienta ante el flujo de corriente. De esta manera disminuye la resistencia y la medición solo se puede realizar después de que la temperatura haya alcanzado su valor estacionario.

2) ¿Qué afirmación podría realizar en relación con la característica obtenida?

o La pendiente de la característica varia

o La tensión de la resistencia NTC adopta un valor máximo

o Si la tensión asciende, disminuye la pendiente de la característica

3) ¿A qué conclusión puede arribar a partir de las características obtenidas?

o Si la temperatura aumenta disminuye el valor de la resistencia NTC

o Si el consumo de potencia aumenta, disminuye el valor de la resistencia NTC

o Si el consumo de potencia aumenta, aumenta la temperatura de la resistencia NTC

o Si las resistencias NTC se emplean como sensores de temperatura, deberían operar con bajas intensidades de corriente para evitar los efectos del calentamiento.

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VIII. CONCLUSIONES:

El paso de corriente a través de un resistor produce calor, y este es posible percibirse en este tipo de resistencia

Si se emplean como sensores de temperatura, deben trabajar con bajas intensidades para evitar los efectos del calentamiento.

El consumo de potencia es directamente proporcional con la temperatura e inversamente proporcional con la resistencia. A su vez la resistencia depende de forma exponencial con la temperatura.

IX. BIBLIOGRAFIA:

Raymond A. Serway; Física; cuarta edición

Manual de laboratorio de Física III, UNMSM