Components electrònics emprats en rectificació i filtrat. Tipologia i característiques

Els components passius basen el seu funcionament en algun principi físic concret dels que governen l’electricitat i el magnetisme. Així, a grans trets es podria parlar del següent:

• Resistències: relacionades amb el pas del corrent elèctric pel circuit, serveixen per modificar la tensió i limitar el corrent.
• Condensadors: molt lligats al camp elèctric, absorbeixen les variacions ràpides de tensió elèctrica.
• Bobines: relacionades amb els efectes magnètics del corrent elèctric (electromagnetisme), absorbeixen les variacions ràpides de corrent elèctric.

Les principals aplicacions d’aquests components apareixen en la taula.

La resistència és la dificultat que ofereixen els cossos al pas del corrent elèctric. Aquesta propietat la tenen tots els materials en major o menor grau. En el cas dels conductors, el valor de la resistència elèctrica és determinat per tres factors:

• Tipus de material que defineix una constant ρ anomenada resistivitat. Com millor conductor és el material, més baix és aquest paràmetre.
• Secció (S)
• Longitud (L)

De manera que com més secció, menys resistència, i com més longitud més resistència. L’expressió per calcular la resistència d’un cos és:

La unitat de resistència és l’ohm (Ω).

Una de les funcions primordials de les resistències és adequar els valors de tensió i d’intensitat de corrent de l’alimentació a aquells valors que es necessiten en els diferents punts d’un circuit.

Per tal d’aconseguir reduir al mínim els circuits, i per tant els equips, els fabricants de components electrònics intenten fer els elements cada vegada més petits, és a dir, ampliar al màxim l’escala d’integració. En el cas concret de les resistències, es tracta d’aconseguir el valor de resistència emprant el mínim volum possible, sempre que el consum de potència posterior de la resistència ho permeti (una resistència només podrà ser molt petita si ha de dissipar poca energia).

Les resistències es poden dividir en tres grups: lineals, variables i no lineals.

1. Resistències lineals fixes: aquests components de dos terminals presenten un valor nominal de resistència constant (predeterminat pel fabricant) i un comportament lineal. Es representa per un dels símbols que es poden veure en la figura.

Les especificacions tècniques més importants que podem trobar en els fulls de característiques que ens subministra el fabricant són les següents:

• Valor nominal: és el valor òhmic que s’espera que tingui el component.
• Tolerància: és el marge de variació, respecte al valor indicat pel fabricant. Cada vegada la precisió és més gran, però és clar que per als fabricants és més fàcil, i sobretot menys costós, fer resistències d’un valor aproximat, que de valor exacte. S’expressa en tant per cent sobre el valor (± %).
• Potència nominal: és la potència (en watts) que la resistència pot dissipar sense deteriorar-se a la temperatura nominal de funcionament.
• Tensió màxima de funcionament (V_màx): és la màxima tensió contínua o alterna eficaç que el dispositiu no pot sobrepassar de manera continuada a la temperatura nominal de funcionament.
• Temperatura màxima de funcionament (T_màx): és la màxima temperatura ambient en què el dispositiu pot treballar sense deteriorar-se. Tingueu en compte que la dissipació de l’escalfor d’una resistència disminueix a mesura que augmenta la temperatura ambient en què està treballant.
• Coeficient de temperatura (C_t): és la variació del valor de la resistència amb la temperatura.
• Soroll elèctric: és el senyal no desitjat que la resistència afegeix al senyal principal i que provoca petites variacions de tensió.

2. Resistències variables: el seu valor de resistència pot variar entre un valor mínim, 0, i un valor màxim, R. Per exemple, si la resistència és de , podem fixar qualsevol valor entre 0 i 10.000 Ω.

Per tal d’aconseguir això, se’ls ha afegit un tercer terminal de connexió unit a un contacte mòbil anomenat cursor que es pot desplaçar a sobre de l’element resistiu proporcionant variacions en el valor de la resistència. Aquest tercer terminal pot tenir un desplaçament angular (giratori) o longitudinal (lliscant). Podem veure una representació esquemàtica de l’aspecte que té en la figura.

Segons la funció que tenen en el circuit, aquestes resistències es denominen:

• Potenciòmetres: s’apliquen en circuits en què l’usuari varia la resistència des de l’exterior (controls d’àudio, vídeo, etc.).
• Resistències ajustables: es diferencien de les anteriors en el fet que el seu ajust és definitiu en el circuit en què van aplicades. Només hi pot accedir personal tècnic (controls de guany, polarització, etc.) i són de poca potència.
• Reòstats: són resistències variables en què un dels terminals extrems està elèctricament anul·lat. Solen ser de gran potència, és a dir, que poden circular-hi grans corrents.

3. Resistències no lineals: es caracteritzen perquè el seu valor òhmic varia de manera no lineal, depenent de diferents magnituds físiques com ara la temperatura, la tensió, la llum, els camps magnètics, etc. Per aquest motiu, aquestes resistències també són considerades com a sensors. Entre les més comunes podem destacar les següents:

• Termistors: en aquestes resistències, el valor òhmic canvia quan varia la temperatura, i en podem destacar dos grans grups: resistències de coeficient de temperatura negatiu (NTC, la resistència baixa quan puja la temperatura) i resistències de coeficient de temperatura positiu (PTC, la resistència augmenta quan augmenta la temperatura).
• Varistors: aquests dispositius, també anomenats VDR, experimenten una disminució en el seu valor òhmic de resistència a mesura que augmenta la tensió aplicada en els seus extrems. Les aplicacions més importants d’aquest component es troben en protecció contra sobretensions, regulació de tensió i supressió de transitoris.
• Fotoresistències: aquestes resistències, també conegudes com a LDR, es caracteritzen pel fet que la resistència disminueix a mesura que augmenta la llum que hi incideix. Les principals aplicacions d’aquests components són en controls d’enllumenat, control de circuits amb relés, alarmes, etc.

S’acostuma a indicar el valor de les resistències mitjançant un codi de colors: normalment sobre un fons de color marró clar hi ha unes franges de color (figura), generalment n’hi ha quatre (cinc per a toleràncies del 2% o menys). Els colors, per si mateixos, tenen associat un valor, i la posició del color els dóna un significat determinat, com es descriu en la taula.

Per conèixer el valor de la resistència, començarem per determinar la línia de color de la tolerància: or, argent, vermell, marró o cap color. Si les línies són de color or o argent, és clar que són les corresponents a la tolerància i hem de començar la lectura per l’extrem contrari. Si són de color vermell o marró i estan separades de les altres tres o quatre línies, començarem la lectura per l’extrem oposat. D’aquesta manera la primera franja de color indicarà la primera xifra del valor, la segona franja indicarà la segona xifra del valor, la tercera franja indicarà el nombre de zeros (o factor multiplicador) i l’última franja de color, la tolerància. Es pot donar el cas que hi hagi cinc colors en comptes de quatre. En aquest cas, en lloc de dues xifres significatives de color, n’hi haurà tres (tres xifres més multiplicador més tolerància).

El condensador i la bobina són dos elements de circuit passius que són capaços d’emmagatzemar energia. En el cas dels condensadors, s’emmgagatzema energia elèctrica i en el cas de les bobines, energia magnètica.

Tant quan parlem de condensadors com de bobines, hi ha diferents tecnologies de fabricació, com en el cas de les resistències, que fan aparèixer tot tipus de peculiaritats en les seves característiques. A més, també hi ha condensadors i bobines fixos i variables.

El condensador emmagatzema energia en forma de camp elèctric. Aquesta propietat s’anomena capacitància o capacitat (C) i expressa la quantitat de càrregues elèctriques que és capaç d’acumular. Aquesta capacitat s’expressa en una unitat anomenada farad (F). Alguns símbols de condensadors apareixen en la figura.

La capacitància o capacitat depèn de les característiques físiques del condensador:

• Superfície de les plaques: com més grans siguin les plaques, més capacitat té el condensador.
• Distància entre les plaques: com més distància hi hagi entre les plaques, menys capacitat té el condensador.
• Material dielèctric: els diferents materials que s’utilitzen com a dielèctrics tenen diferents graus de permitivitat. Com més permitivitat, més gran és la capacitat del condensador.

El que fa interessant el condensador és el fet que s’oposa als canvis bruscos de tensió, cosa que el fa molt útil en filtres i en estabilitzadors.

En cas de connectar-lo a un circuit de corrent altern (variable en el temps), el condensador, anàlogament a la resistència, s’oposa al flux de corrent, però a diferència de la resistència, aquesta oposició no s’anomena resistència òhmica, sinó reactància capacitiva (X_C) i es pot calcular mitjançant:

En què f és la freqüència del corrent altern en Hz i C és la capacitat del condensador en F. Observeu que com més alta és la freqüència, menys impedància té el condensador. A freqüència zero (corrent continu) és com un circuit obert.

A diferència de les resistències, no hi ha una única manera generalitzada d’expressar el valor d’un condensador. Entre d’altres, podem trobar les següents:

• Codi de colors: similar al de les resistències, és bastant obsolet.
• Codificació directa: es dóna directament el valor del condensador. Per exemple, 15p vol dir 15 pF (15 picofarads = 15 · 10⁻¹² F), o 6n8 vol dir 6,8 nF (6,8 nanofarads = 6,8 · 10⁻⁹ F).
• Mantissa i exponent: es dóna la mantissa i l’exponent del multiplicador. El resultat seran pF (picofarads). Per exemple, 334 vol dir 33 · 10⁴ pF = 330.000 pF = 330 nF, o 102 vol dir 10 · 10² pF = 10 · 100 pF = 1.000 pF = 1 nF.

La bobina emmagatzema energia en forma de camp magnètic. Aquesta propietat s’anomena inductància (L). Aquesta inductància s’expressa en una unitat anomenada henry (H). El símbol de la bobina es pot veure en la figura.

Quan circula corrent per un conductor es crea un camp magnètic. Com que la bobina està feta amb espires de conductor, les línies del camp magnètic passen pel centre de la bobina i tanquen el seu camí per la banda exterior.

Una característica interessant de les bobines és que s’oposen als canvis bruscos del corrent que hi circula. Això significa que a l’hora de modificar el corrent que circula per les bobines, com per exemple, quan es connecta i desconnecta d’una font de corrent directe, aquesta tractarà de mantenir la seva condició anterior. Una inductància és un element que s’oposa a les variacions del corrent elèctric; per tant, és evident que reaccionarà només davant el corrent altern. Podem dir que la inductància tendeix a impedir que el corrent augmenti o disminueixi.

En cas de connectar-la a un circuit de corrent altern (variable en el temps), la bobina, anàlogament a la resistència, s’oposa al flux de corrent, però a diferència de la resistència, aquesta oposició no s’anomena resistència òhmica, sinó reactància inductiva (X_L) i es pot calcular mitjançant:

En què f és la freqüència del corrent altern i L el valor de la inductància. Com més alta és la freqüència, més gran és la impedància. A freqüència zero (corrent continu), es comporta com un curtcircuit.