Variación de la resistencia y capacitancia
Saludos mis estimados amigos de la comunidad científica #stem-espanol
Sigo realizando la caracterización dieléctrica de los materiales semiconductores, analizando la respuesta de la capacitancia en paralelo y el factor de disipación en función de la frecuencia, observando diferentes respuestas según la composición química de los compuestos ternarios de cobre. Decidí hacer un material audiovisual con la calibración del equipo HIOKI IM 3570 Impedance Analyzer y en el camino se me ocurrió incorporar el tema de los componentes pasivos (inductores, capacitores y resistencias) que se integran en una placa de circuito impreso y su variación con la frecuencia de operación de la línea eléctrica.
Se sabe que cualquier alteración del voltaje o corriente que circula a través de los diferentes elementos activos o pasivos instalados en una Printed Circuit Board (PCB), puede afectar la vida útil del sistema electrónico por efectos de sobrecarga eléctrica, pero también es importante estudiar el comportamiento de la resistencia eléctrica, un condensador o tal vez un diodo, que son los encargados de distribuir la corriente y el voltaje, las cargas eléctricas y la energía, y que fluyan en una dirección determinada.
En Venezuela se distribuye el voltaje de corriente alterna de 110 V, con una frecuencia de 60 Hertz, pero aquí en Chile el voltaje tiene un valor nominal de 220 voltios y 50 Hz de frecuencia. Muchos equipos electrónicos tienen un rango de tolerancia entre 105 V y 120 V, si es menor el equipo no enciende y si es mayor se quemará el fusible protector o el transformador de AC a DC. En el caso del valor de frecuencia es algo más estricto, pero como es de baja frecuencia los equipos siguen funcionando.
Los videos que les presento en esta publicación se corresponden con la calibración del IM3570 Impedance Analyzer RLC, con el que podemos medir el impacto del efecto resistivo (R), inductivo (L) y capacitivo (C) de un material o de un dispositivo electrónico (
Calibración y medición
El equipo es muy susceptible a cualquier variación de humedad, corrientes de aire o acercamiento de personas a los terminales positivo y negativo del analizador de impedancia. Si lo queremos entender de mejor manera, podemos hacer la similitud con la pantalla táctil de un celular, la cual cambia de "pantalla" cuando la tocamos con un dedo, pues se ha producido una modificación de la capacitancia en la interacción dedo-pantalla (un cambio en la configuración electrostática de los componentes de este dispositivo).
Se realiza el ajuste de calibración en a) circuito abierto: las pinzas (positivo y negativo) no se tocan y su separación está dentro del rango de las mediciones (menor que 5 cm), b) en cortocircuito: se entrecruzan las pinzas con la marca V hacia arriba en ambas pinzas. Se varía la frecuencia desde 5 Hz hasta 5 MHz en ambos casos para compensar la impedancia del equipo y circuito eléctrico, además de la capacitancia del aire y placas paralelas.
La incorporación de otros instrumentos de medición (un multímetro) en paralelo o en serie con las pinzas LCR IM 3570 Impedance Analyzer puede afectar la impedancia del equipo y producir un cambio en las mediciones de capacitancia, resistencia o inductancia. También existen otros factores del medio (entorno) que circunda las pinzas del equipo, por ejemplo corrientes de aire, cambios de humedad o el acercamiento de la persona al portamuestra (placas paralelas) que cambia la capacitancia del medio y afecta las mediciones.
En principio, los elementos pasivos que deseo analizar serán 1 condensador o capacitor de 1000 microfaradios y una resistencia eléctrica (RE) de 120 kΩ. Se sabe que la RE varía su valor con los cambios de temperatura y para ello existe una ecuación: RT = RT0 x [1+ α (Tf – T0)], también varía con la humedad del aire y veremos su dependencia con la frecuencia de la electricidad en corriente directa, aunque debemos tener en cuenta que las mediciones LCR se realizan con corriente alterna.
Aportes de esta publicación.
La influencia de la frecuencia de una fuente de corriente alterna, manteniendo fija la amplitud del voltaje aplicado, puede afectar el funcionamiento de toda una placa de circuito electrónico, por lo que se hace necesario el estudio de cada uno de los elementos activos y pasivos del PCB. En muchos casos la frecuencia de la línea de tensión doméstica no afecta el funcionamiento de estos dispositivos electrónicos, pero se ha demostrado que para frecuencias de operación sobre los 100 Hz y otros rangos superiores de frecuencia, pueden producir respuestas eléctricas que afectan el rendimiento de algún equipo electrónico. Ya vimos lo que sucede con una resistencia eléctrica y con un capacitor, los cuales dependen fuertemente de la frecuencia de la fuente que produce una respuesta muy notable como la que presenté en las imágenes y videos anteriores.
Bibliografía y lecturas recomendadas:
○ Diferencia entre componentes electrónicos pasivos y activos○ Elementos pasivos
○ Respuesta en FRECUENCIA
○ Estudio de la respuesta en frecuencia de una pinza de corriente
○ Imperfecciones en componentes electrónicos pasivos
○ ANÁLISIS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS CON FRECUENCIA VARIABLE
○ Efecto pelicular
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