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Cómo probar una resistencia
Las resistencias se encuentran entre los componentes más comunes en los circuitos electrónicos, pero a menudo se pasan por alto durante la resolución de problemas. Una resistencia que parece estar bien en un esquema o simulación puede funcionar de manera diferente en condiciones del mundo real debido al calor, la humedad, el envejecimiento o el estrés eléctrico.
Saber cómo probar una resistencia es una habilidad básica pero esencial para ingenieros, técnicos y profesionales de la electrónica. Ya sea que esté desarrollando un producto, diagnosticando un problema en un circuito o realizando verificaciones de producción, una prueba precisa ayuda a prevenir diagnósticos erróneos y reemplazos innecesarios de componentes.
Esta guía explica cómo probar una resistencia utilizando métodos básicos y más avanzados. Además de las mediciones de resistencia estándar, también cubre factores del mundo real que pueden afectar el rendimiento, ayudándole a tomar decisiones más precisas en aplicaciones prácticas.
Entendiendo la prueba de resistencias
Antes de probar una resistencia, es útil comprender qué tipo de problema está tratando de encontrar. Los diferentes modos de falla requieren diferentes métodos de prueba, y usar el enfoque incorrecto puede llevar fácilmente a conclusiones incorrectas.
Hay cuatro problemas comunes que vale la pena revisar.
- La primera es la deriva de resistencia. Esto ocurre cuando el valor real de la resistencia se sale del rango de tolerancia especificado en la hoja de datos.
- El segundo es una apertura o cortocircuito intermitente. Esto generalmente apunta a daños físicos, grietas, conexiones internas débiles o contacto inestable dentro del cuerpo de la resistencia o sus terminaciones.
- La tercera es el coeficiente de voltaje de resistencia (VCR). En este caso, la resistencia cambia ligeramente a medida que cambia el voltaje aplicado. Este efecto es especialmente importante en circuitos de precisión y analógicos.
- La cuarta es el cambio de resistencia relacionado con la temperatura. El valor de una resistencia cambia naturalmente con la temperatura, pero un cambio excesivo puede indicar un coeficiente de temperatura inadecuado, una selección deficiente de componentes o un problema de confiabilidad subyacente.
Cada una de estas condiciones requiere un método de prueba diferente. Si se tratan como el mismo problema, una resistencia puede parecer normal en una medición básica mientras que la falla real pasa desapercibida.
Medición de resistencia con un multímetro
Para muchas comprobaciones estándar de resistencias, este método es simple, rápido y lo suficientemente preciso para uso práctico.
En una medición básica de resistencia, el medidor aplica una pequeña corriente de prueba y mide la caída de voltaje resultante a través de la resistencia. Luego calcula la resistencia utilizando la ley de Ohm. Para la mayoría de las resistencias con valores superiores a aproximadamente 100 ohmios, una medición estándar de dos cables suele ser suficiente.
Sin embargo, las mediciones de baja resistencia (menos de 10 ohmios) son más difíciles porque la resistencia de los cables de prueba (0,05 ohmios y 0,5 ohmios por cable) puede introducir un error significativo. Por ejemplo, si se mide una resistencia shunt de 0,3 ohmios con 0,2 ohmios de resistencia de cable, el medidor puede mostrar 0,5 ohmios, lo que representa un error importante.
Por esta razón, las resistencias de bajo valor a menudo se miden con un método de cuatro hilos, también llamado medición Kelvin. En esta configuración, un par de cables transporta la corriente de prueba, mientras que un segundo par mide el voltaje directamente en los terminales de la resistencia. Dado que los cables de detección de voltaje no transportan casi ninguna corriente, la resistencia del cable tiene muy poco efecto en la lectura final. Este método se utiliza comúnmente en miliohmímetros, medidores LCR y multímetros digitales de alta precisión.
Tomemos como ejemplo el medidor Agilent 34401A. Tiene una precisión de resistencia de ±0,0031 TP3T + 0,0011 TP3T del rango en su rango de 100 Ω. Esta precisión es suficiente para la mayoría de los trabajos de precisión.
Un punto importante es que medir la resistencia en un circuito a menudo no es confiable. Otros componentes en el circuito pueden crear caminos de corriente paralelos, lo que generalmente hace que la resistencia medida parezca menor que el valor real de la resistencia. Para obtener el resultado más preciso, la resistencia debe aislarse del circuito antes de la prueba. En la práctica, esto generalmente significa levantar un terminal o desoldar completamente la pieza cuando sea necesario.
Pueba de una resistencia en circuito
Un punto importante es que medir la resistencia en un circuito a menudo no es confiable. Otros componentes en el circuito pueden crear caminos de corriente paralelos, lo que generalmente hace que la resistencia medida parezca menor que el valor real de la resistencia.
Sin embargo, en muchas situaciones del mundo real, una resistencia no se puede medir de forma completamente aislada.
Si una resistencia está conectada en paralelo con un capacitor en un circuito sin energía, la corriente de prueba del multímetro puede comenzar a cargar el capacitor. Esto puede hacer que el valor mostrado cambie por un corto tiempo antes de estabilizarse. Para reducir este efecto, descargue el capacitor de forma segura antes de la prueba y espere a que la lectura se estabilice.
Los dispositivos semiconductores pueden introducir otra fuente de error. Los diodos, las uniones de transistores y otras uniones PN pueden conducir durante la medición y distorsionar el resultado de la prueba. En estos casos, algunos multímetros tienen la opción de ajustar el voltaje de prueba por debajo del voltaje de unión.
Incluso con una buena técnica, las mediciones de resistencia en circuito generalmente deben tratarse como lecturas aproximadas en lugar de valores completamente verificados. Cuando la precisión es importante, la mejor práctica sigue siendo levantar un extremo o quitar la resistencia del circuito por completo.
Prueba del coeficiente de temperatura (TCR)
El TCR, o coeficiente de temperatura de resistencia, se suele expresar en partes por millón por grado Celsius (ppm/°C). Describe cuánto cambia el valor de una resistencia a medida que cambia la temperatura.
Por ejemplo, una resistencia estándar de película metálica puede tener un TCR alrededor de ±100 ppm/°C, mientras que las resistencias de mayor precisión pueden tener una calificación de ±25 ppm/°C o menos. Algunas resistencias bobinadas pueden ofrecer valores de TCR aún más bajos, dependiendo de su construcción y aplicación prevista.
Para verificar el TCR, se necesita una configuración de prueba controlada. El equipo típico puede incluir:
- una cámara de temperatura de sobremesa
- una placa calefactora con un termopar o una sonda de temperatura
- una configuración de medición de cuatro hilos para lecturas de resistencia precisas
El procedimiento básico es primero medir la resistencia a una temperatura de referencia, generalmente 25°C. Luego aumentar la temperatura a un punto más alto, como 85°C, permitir que la resistencia se estabilice y medir la resistencia nuevamente.
El TCR se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:
TCR (ppm/°C) = [(R₂ − R₁) / R₁] × [1 / (T₂ − T₁)] × 10⁶
Por ejemplo, supongamos que una resistencia de 10 kΩ mide 10.000 Ω a 25°C y 10.062 Ω a 85°C. En ese caso, el TCR calculado es de aproximadamente +103 ppm/°C, lo que se acerca al rango esperado para una resistencia estándar de ±100 ppm/°C.
Si el TCR medido es mucho más alto de lo esperado, puede indicar problemas como daño térmico, estrés mecánico, envejecimiento o problemas de calidad de la pieza. En algunos casos, la resistencia también puede mostrar un comportamiento inestable o no lineal a través de la temperatura, lo que sugiere que la pieza ya no funciona normalmente.
Prueba de Coeficiente de Voltaje (VCR)
Algunas resistencias cambian ligeramente de valor cuando se les aplica voltaje. Este efecto se denomina coeficiente de voltaje de la resistencia (CVR) y es diferente del cambio de resistencia relacionado con la temperatura.
El VCR se expresa típicamente en ppm/V. En general, las resistencias de película gruesa tienden a mostrar un coeficiente de voltaje más notable, mientras que las resistencias de película delgada, película metálica y bobinadas suelen funcionar mejor en esta área.
Por ejemplo, supongamos que una resistencia de 10 MΩ tiene una VCR de -100 ppm/V y funciona a una tensión de 200 V. En ese caso, la variación de la resistencia sería de aproximadamente -20 000 ppm, o -21 TP3T, con respecto a su valor a baja tensión. En un circuito de precisión, ese nivel de variación podría resultar inaceptable.
Para probar el VCR, primero se mide la resistencia a un voltaje bajo y luego se vuelve a medir a voltajes aplicados más altos, mientras se monitorean con precisión tanto el voltaje como la corriente. Se calcula y compara la resistencia en cada paso. Si la resistencia cambia sistemáticamente a medida que aumenta el voltaje, la pieza tiene un coeficiente de voltaje medible que puede afectar el rendimiento del circuito.
Probando el Ruido de la Resistencia
En aplicaciones de precisión, el ruido de la resistencia también puede ser importante. Esto es especialmente cierto en amplificadores de bajo ruido, front-end de sensores, circuitos de instrumentación y otros diseños analógicos sensibles. En circuitos de propósito más general, el ruido de la resistencia generalmente no es una preocupación importante.
Un tipo de ruido de resistencia es el ruido térmico, también llamado ruido Johnson. Se puede estimar con la siguiente fórmula:
Vn = √(4kTRB)
Dónde
- k es la constante de Boltzmann
- T es temperatura absoluta en Kelvin
- R es resistencia en ohmios
- B es ancho de banda en hercios
A temperatura ambiente, una resistencia de 10 kΩ sobre un ancho de banda de 10 kHz produce aproximadamente 1.3 µV RMS de ruido térmico. Dado que este es un efecto físico fundamental, solo se puede reducir disminuyendo la resistencia, la temperatura o el ancho de banda de medición.
Otro tipo es el ruido excesivo, a menudo llamado ruido de corriente o ruido 1/f. A diferencia del ruido térmico, este depende fuertemente del material y la construcción de la resistencia. Las resistencias de película metálica y bobinadas suelen tener un ruido excesivo muy bajo (generalmente por debajo de -30 dB), mientras que las resistencias de composición de carbono y algunas de película gruesa tienden a ser más ruidosas (generalmente -10 dB o más).
La prueba de ruido excesivo generalmente requiere un amplificador de bajo ruido, un analizador de espectro o un sistema de medición equivalente y una corriente de polarización de CC estable. La resistencia se polariza con una corriente fija y se observa el ruido en un rango de frecuencia definido, como de 10 Hz a 10 kHz.
Este tipo de prueba se usa principalmente en aplicaciones de precisión, aeroespaciales y de bajo ruido analógico. Para la inspección estándar de resistencias entrantes, generalmente no es necesario.
Análisis de modos de fallo
Verificar un solo parámetro no siempre es suficiente, especialmente cuando se evalúan resistencias en masa para uso en producción. Un proceso de selección más amplio ayuda a identificar componentes que parecen aceptables en condiciones normales pero que pueden volverse inestables bajo estrés térmico o ambiental.
Un proceso de cribado típico comienza con una medición de resistencia a temperatura ambiente. Para resistores de bajo valor, se recomienda un método de cuatro hilos para mejorar la precisión. El valor medido debe compararse con la resistencia nominal y registrarse como referencia.
Las piezas pueden exponerse a continuación a una temperatura elevada, como 125 °C, durante un corto período, por ejemplo, 30 minutos. Durante o después de la exposición, se vuelve a medir la resistencia y se compara con el valor original. Cualquier desviación significativa puede indicar que la pieza no es adecuada para un servicio fiable.
También se puede evaluar la sensibilidad a la humedad. Un método habitual consiste en exponer la resistencia a una temperatura de 85 °C y a una humedad relativa del 85 % durante un periodo de entre 48 y 72 horas, tras lo cual se vuelve a medir la resistencia. Si la resistencia absorbe humedad o su recubrimiento protector es deficiente, la resistencia puede variar más allá del rango esperado.
Los métodos de detección como estos son útiles para identificar piezas con problemas de confiabilidad ocultos antes de que se ensamblen en el producto final.
Consideraciones finales
La prueba adecuada de una resistencia no se trata solo de confirmar un número en un multímetro. Se trata de comprender cómo se comporta una resistencia en condiciones reales de operación, incluyendo temperatura, humedad, estrés de voltaje y uso a largo plazo. Una resistencia que parece aceptable en una medición básica aún puede causar problemas de confiabilidad en un producto real si se ignoran esos factores.
En PCBCool, el control de calidad comienza mucho antes de que comience el ensamblaje de la PCB. Como parte de nuestro proceso de fabricación, realizamos una inspección de materiales entrantes para verificar la calidad de los componentes antes de la producción. También proporcionamos servicios de aprovisionamiento de componentes y puede comprar repuestos según las marcas especificadas por el cliente cuando sea necesario. Combinado con nuestro Fabricación de PCB y Servicios de ensamblaje de PCB, esto ayuda a los clientes a reducir el riesgo de suministro, mejorar la consistencia y construir productos electrónicos más confiables.
Preguntas frecuentes (PF)
R: No siempre. Depende del fabricante, del proyecto específico y de los requisitos del cliente. Para proyectos con exigencias de mayor fiabilidad, como la electrónica médica y automotriz, la inspección óptica automática (AOI) se realiza normalmente en cada placa.
Sí. Para proyectos con requisitos especiales de calidad, PCBCool puede seguir las prioridades de inspección definidas por el cliente, los criterios de aceptación, los rangos de tolerancia o los requisitos específicos de control de defectos.
Abraash Vnest trabaja en proyectos electrónicos relacionados con la defensa, con un enfoque en el desarrollo de esquemas, la solución de problemas de circuitos, las pruebas y la documentación técnica. También desarrolla firmware STM32 e implementa protocolos de comunicación industrial como CAN.
