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Elementos de circuitos electronicos, Apuntes de Teoría de Circuitos

Elementos de circuitos electronicos

Tipo: Apuntes

2022/2023

Subido el 19/02/2023

karla-vanesa-pico-gutierrez
karla-vanesa-pico-gutierrez 🇨🇴

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¡Descarga Elementos de circuitos electronicos y más Apuntes en PDF de Teoría de Circuitos solo en Docsity!

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Ing. Blanca Gisela de la Peña Valencia

M.I. Felipe Díaz del Castillo Rodríguez.

ÍNDICE

Ing. Blanca Gisela de la Peña Valencia

Ing. Blanca Gisela de la Peña Valencia

APÉNDICE A CÓDIGOS PARA LA IDENTIFICACIÓN DE TRANSISTORES

 - INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………. Pag - CAPITULO - 1.1. CORRIENTE DIRECTA Y CORRIENTE ALTERNA ...................................................... CONCEPTOS BÁSICOS 
  • 1.2. LEY DE OHM .......................................................................................................................
  • 1.3. LEYES DE KIRCHOFF ........................................................................................................ - 1.4. TEOREMA DE THEVENIN ..............................................................................................
    • 1.5. TEOREMA DE NORTON ...................................................................................................
  • 1.6. PARÁMETROS IMPORTANTE DE LA CORRIENTE ALTERNA .................................
  • 1.7. OTROS TIPOS DE CORRIENTE ALTERNA .................................................................... - CAPITULO - 2.1. RESISTENCIAS .................................................................................................................. COMPONENTES PASIVOS - 2.1.1. Características técnicas generales .......................................................................... - 2.1.2. Tipos de resistencias ............................................................................................... - 2.2. CONDENSADORES ......................................................................................................... - 2.2.1. Clasificación ......................................................................................................... - 2.2.2. Códigos de identificación de condensadores ....................................................... - 2.3. BOBINAS O INDUCTORES ............................................................................................ - 2.3.1. Tipos de bobinas .................................................................................................. - 2.3.2. Identificación de las bobinas ................................................................................. - CAPITULO
  • 3.1. CONDUCTORES .................................................................................................................. MATERIALES SEMICONDUCTORES
    • 3.2. SEMICONDUCTORES ...................................................................................................
    • 3.3. ÁTOMO DE SILICIO .........................................................................................................
    • 3.4. SEMICONDUCTORES INTRÍNSECOS .........................................................................
    • 3.5. SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS .......................................................................... - 3.5.1. Semiconductor tipo N .......................................................................................... - 3.5.2. Semiconductor tipo P ...........................................................................................
    • 3.6. DOPADO DE UN SEMICONDUCTOR ...........................................................................
      • 3.7. NIVELES Y BANDAS DE ENERGÍA ............................................................................. - 3.7.1. Bandas de energía en un semiconductor tipo P .................................................... - 3.7.2. Bandas de energía en semiconductor intrínseco .................................................. - 3.7.3. Bandas de energía en un semiconductor tipo N .................................................. - 3.7.4. Bandas de energía en un semiconductor tipo P ...................................................
    • 3.8. LA BARRERA DE ENERGÍA ......................................................................................... - 3.8.1. Polarización inversa ........................................................................................... - 3.8.1.1. Antes de difusión ................................................................................. - 3.8.1.2. Empieza la difusión y la recombinación ............................................... - 3.8.1.3. Equilibrio ............................................................................................ - 3.8.1.4. Polarización directa ............................................................................... - 3.8.1.5. Polarización inversa .............................................................................. M.I. Felipe Díaz del Castillo Rodríguez. - CAPITULO - 4.1. EL DIODO ......................................................................................................................... EL DIODO
      • 4.2. SIMBOLOGÍA ..................................................................................................................
        • 4.3. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS ...................................................................................
    • 4.4. TIPOS DE DIODOS ............................................................................................................ - 4.4.1. Diodos metal-semiconductor ............................................................................... - 4.4.2. Diodo Schottky ................................................................................................... - 4.4.3. Diodos rectificadores ............................................................................................ - 4.4.4. Diodo rectificador como elemento de protección .................................. - 4.4.5. Diodo rectificador como elemento de protección de un Led en alterna ............. - 4.4.6. Diodos Zener ......................................................................................................... - 4.4.7. Diodos Led ( Ligth Emitting Diode) ................................................................... - 4.4.8. Fotodiodo ………………………………………..… …………………………… - 4.4.9. Diodo de capacidad variable (varicap) ………… ……………………………. - CAPITULO
    • 5.1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. TRANSISTORES
  • ...................................................................................................................................... 5.2. CONFIGURACIONES CIRCUITALES BÁSICAS EMISOR –BASE-COLECTOR COMÚN - 5.2.1. Emisor común ...................................................................................................... - 5.2.2. Amplificador con base común ............................................................................ - 5.2.3. Amplificador con colector (seguidor-emisor) ..................................................... - 5.3. CURVAS CARACTERÍSTICAS PARA EL MONTAJE DE EMISOR COMÚN ........... - 5.4. POLARIZACIÓN DE LOS TRANSISTORES ................................................................ - 5.4.1. Aplicaciones más usuales de los transistores ....................................................... - 5.5. AMPLIFICACIÓN ............................................................................................................. - 5.6. EL TRANSISTOR OPERANDO COMO CONMUTADOR ............................................ - 5.7- EL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO (TEC O FET) ..........................................
    • 5.8. TRANSISTORES MOS O MOSFET ( METAL, OXIDO, SEMICONDUCTOR) ......... - CAPITULO
    • 6.1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................................. EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
      • 6.2. PRINCIPIOS DE LOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES ................................... - 6.2.1. El amplificador operacional ideal ...................................................................... - 6.2.2. Símbolo esquemático del amplificador operacional estándar y su uso ...............
    • 6.3. MODOS DE OPERACIÓN Y APLICACIONES ............................................................. - 6.3.1. El amplificador inversor ...................................................................................... - 6.3.2. El amplificador no inversor ................................................................................ - 6.3.3. El amplificador diferencial ................................................................................. - 6.3.4. Sumador inversor .......... - 6.3.5. Integrador .............................................................................. - 6.3.6. El diferenciador .................................................................................................... - 6.3.7. El seguidor de la tensión ..................................................................................... - 6.3.8. Resumen de las configuraciones basicas del amplificador y sus características .. - CAPITULO M.I. Felipe Díaz del Castillo Rodríguez. - MICROCONTROLADORES Y EL PIC16F - 7.1- CONTROLADOR Y MICROCONTROLADOR ............................................................. - 7.2. DIFERENCIA ENTRE EL MICROPROCESADOR Y MICROCONTROLADOR ...... - 7.3. APLICACIONES ................................................................................................................ - 7.4. ARQUITECTURA BÁSICA ............................................................................................ - 7.4.1. El procesador o UCP ......................................................................................... - 7.4.2. Memoria ............................................................................................................. - 7.4.3. Puertos de entrada y salida ................................................................................... - 7.4.4. Reloj principal .................................................................................................... - 7.5. RECURSOS ESPECIALES .............................................................................................. - 7.5.1. Temporizadores o “timers” ................................................................................... - 7.5.2. Perro guardián o “watchdog” ............................................................................... - 7.5.3. protección ante fallo de alimentación o “brownout” .......................................... - 7.5.4. Estado de reposo o de bajo consumo ................................................................... - 7.5.5. Conversor A/D (CAD) ................................................................ - 7.5.6. Conversor D/A (CDA) ......................................................................................... - 7.5.7. Comparador analógico ........................................................................................ - 7.5.8. Modulador de anchura de o (PWM)....................................................................... - 7.5.9. Puertos de E/S digitales ....................................................................................... - 7.5.10 Puertos de comunicación .................................................................................
    • 7.6. HERRAMIENTAS PARA EL DESARROLLO DE APLICACIONES ............................. - 7.6.1. Desarrollo del software ........................................................................................
    • 7.7. EL MICROCONTROLADOR PIC16F84 ........................................................................... - 7.7.1. ¿Por qué los Pic? ................................................................................................... - 7.7.2. Arquitectura interna ............................................................................................ - 7.7.3. Configuración de los pines en el PIC16F84 ........................................................ - 7.7.4. Oscilador externo ............................................................................................... - 7.7.5. Organización de la memoria ............................. - 7.7.6. La memoria FLASH o memoria de programa .................................................. - 7.7.7. La memoria RAM .............................................................................................. - 7.7.8. Registros internos ............................................................................................. - 7.7.9. Interrupciones ................................................................................................... - 7.7.10. Set de instrucciones del PIC16F84 ................................................................... - 7.7.11. Empezando a programar ................................................................................. - CAPITULO
      • 8.1. EL MICROCIRCUITO DE TIEMPO 555 .......................................................................... OTROS DISPOSITIVOS - 8.1.1. Descripción del temporizador 555 ....................................................................... - 8.1.2. Funcionamiento monoestable ............................................................................ - 8.1.3. Funcionamiento astable ....................................................................................
    • 8.2. OPTOACOPLADORES .............. - 8.2.1. Clasificación ..................................................................................................... - 8.2.2. Aplicaciones .......................................................................................................
  • 8.3. REGULADORES DE TENSIÓN 78XX Y 79XX - 8.4. Módulos LCD ................................................................................................................. - 8.4.1. Diversidad de algunos módulos LCD ................................................................ - 8.4.2. Características principales ................................................................................. - 8.4.3. Funcionamiento .................................................................................................. - 8.4.4. Descripción de pines .......................................................................................... - 8.4.5. Juegos de instrucciones ..................................................................................... - 8.5. TIRISTORES (SCR) ....................................................................................................... - 8.5.1. Operación del rectificador controlado de silicio ................................................. - 8.5.2. Características y valores nominales del SCR .................................................... M.I. Felipe Díaz del Castillo Rodríguez. - 8.5.3. Aplicaciones del SCR ...................................................................................... - 8.6. EL DIAC ........................................................................................................................... - 8.7. EL TRIAC ........................................................................................................................ - 8.8. RELÉS ............................................................................................................................. - 8.8.1. Tipos de relés .................................................................................................. - 8.8.2. Estructura de un relé .......................................................................................... - 8.8.3. Características generales ................................................................................... - 8.8.4. Relés electromecánicos .................................................................................... - 8.8.5. Relés polarizados .............................................................................................. - 8.8.6. Relés de estado solido ......................................................................................... - 8.8.6.1. Estructura del SSR .............................................................................. - CAPITULO - 9.1. VOLTAJES DIGITALES ................................................................................................ CIRCUITOS DIGITALES - 9.2. SISTEMAS DE NUMERACIÓN ................................................................................... - 9.2.1. El sistema binario .............................................................................................. - 9.2.2. Códigos binarios ............................................................................................ - 9.2.3. Código binario natural ...................................................................................... - 9.2.4. Códigos decimales codificados en binario ........................................................ - 9.2.5. Sistema hexadecimal .......................................................................................... - 9.3. ÁLGEBRA DE BOOLE .................................................................................................. - 9.3.1. Algunos teoremas en el álgebra de Boole .......................................................... - 9.4. COMPUERTA LÓGICAS ............................................................................................... - 9.5. TÉRMINOS CANÓNICOS ............................................................................................. - 9.5.1. Formas canónicas ............................................................................................. - 9.5.2. Formas equivalentes ......................................................................................... - 9.5.3. Tabla de verdad ................................................................................................. - 9.6. LÓGICA COMBINATORIA ......................................................................................... - 9.6.1- ANÁLISIS DE CIRCUITOS COMBINACIONALES ....................................... - 9.6.2. Diseño de circuitos combinacionales ................................................................ - 9.7. CLASIFICACIÓN DE CIRCUITOS DIGITALES ....................................................... - 9.7.1. Familias o tecnologías ....................................................................................... - 9.7.2. Escala de integración ........................................................................................ - CAPÍTULO - 10.1. EL DIODO ZÉNER COMO REGULADOR DE VOLTAJE ......................................... ALGUNAS APLICACIONES
    • 10.2. CIRCUITOS RECTIFICADORES - 10.2.1. Rectificador de media onda - 10.2.2. Rectificador de onda completa ......................................................................
  • 10.3. APLICACIÓN DE LOS REGULADORES DE TENSIÓN 78XX Y 79XX .............. - 10.4. FILTROS ....................................................................................................................... - 10.4.1- Filtros pasivos .................................................................................................... - 10.4.2. Filtros activos ...................................................................................................

Ing. Blanca Gisela de la Peña Valencia

Otro avance importante es la digitalización de las señales de sonido, proceso en el cual la frecuencia y la amplitud de una señal de sonido se codifica digitalmente mediante técnicas de muestreo adecuadas, es decir, técnicas para medir la amplitud de la señal a intervalos muy cortos. La música grabada de forma digital, como la de los discos compactos, se caracteriza por una fidelidad que no era posible alcanzar con los métodos de grabación analógica.

El presente trabajo se realizó para proporcionar al lector una trayectoria sencilla a través de los conceptos y dispositivos básicos, tanto de la electrónica analógica como de la digital esperando que sirva como una guía rápida y práctica.

Se intentó que el lenguaje fuera fácil de entender por el lector y que el manejo de los conceptos fuera también sencillo, así como el dar una visualización desde lo más básico hasta lo último al momento en tecnología.

De esta manera, en el capítulo 1 se manejan las leyes y teoremas básicos esenciales para la comprensión del análisis de circuitos sencillos En el capítulo 2 se analizan los dispositivos lineales: resistencia, capacitor e inductor o bobina así como sus características, clasificación e identificación. En el capitulo 3 se introduce el material semiconductor, base para la fabricación de los dispositivos semiconductores que se estudian posteriormente. En los capítulos 4, 5 y 6 se analizan el diodo, transistor y Am-Op. Se consideran también los circuitos básicos armados con cada tipo de semiconductor. En el capítulo 7 se analiza el microcontrolador y el PIC16F84 como elementos completos con los que se puede pensar en la solución de algún proceso sin la necesidad de una gran cantidad de elementos externos. El capitulo 8 se destina a numerar algunos dispositivos que pueden servir como auxiliares en el control de algún proceso. El tema 9 se avoca a los circuitos digitales, contemplando desde el sistema binario, base para el manejo de los circuitos digitales, hasta el diseño de circuitos combinacionales. Se mencionan también la clasificación de los circuitos digitales por familia y escala de integración.

En el último capítulo se muestran algunos circuitos donde se aplica el diodo Zener, diodo rectificador, reguladores de tensión, así como filtros tanto pasivos como activos.

Ing. Blanca Gisela de la Peña Valencia

Esperamos que este trabajo sea de ayuda a los lectores y agradeceremos cualquier comentario o corrección para que sea posible su mejora continua.

De antemano, muchas gracias por su lectura.

Ing. Blanca Gisela de la Peña Valencia

1.2. VOLTAJE

Para lograr que una lámpara como la que se muestra en figura 1.1 se encienda, debe circular por los cables a los cuales está conectada, una corriente eléctrica

Figura 1.2. Voltaje y corriente eléctrica en un circuito

Como ya se mencionó en el punto anterior, para que esta corriente circule por los cables debe existir una fuente de energía externa, llamada fuerza electromotriz, tensión, voltaje o diferencia de potencial y su unidad es el volt [V]

Tal vez la forma más fácil de entender el significado de un voltaje o diferencia de potencial es haciendo una analogía con un fenómeno de la naturaleza.

Si se compara el flujo de la corriente eléctrica con el caudal de agua que corre por un río y a la tensión o voltaje con la altura de una cascada (caída de agua), se puede entender a que se refiere el término tensión (diferencia de potencial), que sería la diferencia de altura de la caída de agua.

Por lo tanto, se pueden tener tres situaciones, que se describen a continuación:

  • Una fuente que entregue una tensión elevada pero poca corriente, es el caso de una caída de agua muy alta con poco caudal
  • Una fuente que entregue una tensión reducida pero mucha corriente, es el caso de una caída de agua muy pequeña pero con mucha agua (mucho caudal).
  • Un caso interesante es aquel en que la fuente tiene un valor de tensión elevada y entrega mucha corriente. Este caso se presentaría en una caída de agua muy alta y existe caudal muy grande. Este caso en especial nos indicaría que se tiene una fuente de tensión con gran capacidad de entrega de potencia

Existen dos tipos de fuente de voltaje o tensión, a saber:

Ing. Blanca Gisela de la Peña Valencia

  • En el primero, la fuerza eléctrica ejercida por la fuente es constante, lo cual no significa que nunca cambie su valor sino que simplemente no cambia constantemente su polaridad, un ejemplo es una pila de uso común, figura 1.3a). En la práctica, se le conoce como fuente de corriente directa (CD)
  • El segundo tipo está constituido por aquellas fuentes que cambian en forma periódica su polaridad, un ejemplo es el voltaje que se puede obtener de un contacto en la pared o un generador de funciones pudiendo variar amplitud, frecuencia y forma de onda, figura 1.3b) y se le conoce como fuente de corriente alterna (CA).

a) b) Figura 1.3. a) Fuente de corriente directa (CD) b) Fuente de Corriente alterna (CA)

1.3. RESISTENCIA ELÉCTRICA Y LEY DE OHM

Como ya se dijo, la corriente eléctrica es un movimiento de electrones. Cuando estos circulan por un conductor, encuentran una cierta dificultad al moverse. A esta "dificultad" se le llama resistencia eléctrica. La cual depende de tres factores que quedan plasmados en la ecuación siguiente:

Donde:

ρ = Resistividad que depende del material del que está hecho el conductor llll = longitud del conductor

S = Superficie

La ley de Ohm relaciona el valor de la resistencia de un conductor con la intensidad de corriente que lo atraviesa y con la diferencia de potencial entre sus extremos. En la figura 1.4 se tiene un circuito con una resistencia y una pila, donde se ha conectado también un amperímetro que mide la intensidad de corriente, I, y un voltímetro que mide la diferencia de potencial a través de la resistencia.

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Ley de las mallas En un circuito cerrado o malla, la suma algebraica de las fuentes de voltaje en la malla es igual a la suma de los productos de cada resistencia por la corriente que circula en ellas, figura 1.6.

Figura 1.6. Segunda Ley de Kirchoff

1.5. TEOREMA DE THÉVENIN

Cuando se tiene un circuito desconocido, en el cual están accesibles dos bornes del mismo, se puede aplicar el teorema de Thévenin para obtener un circuito equivalente de éste. El teorema dice lo siguiente: “Todo circuito que tenga dos terminales accesibles (A y B) podrá ser representado por un equivalente compuesto por una fuente de tensión equivalente VTH conectada en serie con una resistencia equivalente RTH”. Para obtener los valores de VTH y RTH se hace: RTH será la resistencia que presente el circuito entre los terminales A y B cuando se cortocircuiten en la circuitería original todas las fuentes de tensión y se dejen a circuito abierto los generadores de corriente. VTH será la tensión presente entre los bornes A y B con éstos abiertos (sin conectar).

En la figura 1.7 se aplica el teorema de Thévenin al circuito a) y obteniéndose su equivalente Thévenin que es el circuito d.

Figura 1.7. Aplicación del Teorema de Thevenin

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1.6. TEOREMA DE NORTON

Este teorema expresa que toda circuitería que presente dos terminales accesibles (A y B) podrá ser sustituida por un circuito ideal equivalente que está formado por una resistencia equivalente Rn en paralelo con una fuente ideal de corriente In, figura 1.8. El valor de Rn se obtiene de idéntica forma que la resistencia equivalente Thévenin RTH e In es la corriente que circula por la rama A-B.

Figura 1.8. Aplicación del Teorema de Norton.

1.7. PARÁMETROS IMPORTANTES DE LAS FUENTES DE CORRIENTE ALTERNA

Frecuencia. Número de veces que una corriente alterna cambia de polaridad en 1 segundo. La unidad de medida es el Hertz (Hz) y se le designa con la letra f. De esta forma si en nuestro hogar tenemos una tensión de 120 V y 60 Hz, significa que dicha tensión habrá de cambiar su polaridad 60 veces por segundo. Una definición más rigurosa para la frecuencia es: número de ciclos completos de CA que ocurren en la unidad de tiempo.

Fase. Es la fracción de ciclo transcurrido desde el inicio del ciclo de una señal con respecto a otra. Su símbolo es la letra griega , θθθθ Período. Es el tiempo que tarda en producirse un ciclo completo de CA y se denomina T expresado en [s]. En el ejemplo de una tensión de 120 V y 60 Hz el período es de 16.6 ms. La relación entre la frecuencia y el período es F=1/T Voltaje instantáneo. Valor que toma la tensión en cada instante de tiempo. Voltaje máximo. Valor de la tensión en cada "cresta" o "valle" de la señal. Voltaje pico a pico: Valor de la tensión que va desde el máximo al mínimo o de una "cresta" a un "valle". Voltaje pico ( Vp ). Es la mitad del voltaje pico a pico.

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Con lo mencionado se está en condiciones de expresar una señal senoidal en su forma típica:

V = Vmax sen (2 ππππ ft + (^) θθθθ ) .........................(1.3)

Donde: Vmax= tensión máxima f = frecuencia de la onda t = tiempo θ = fase

1.8. OTRAS FORMAS DE ONDA

En electrónica se utilizan infinidad de tipos de señales por lo cual se hace prácticamente imposible enumerarlas a todas, pero se hará referencia a las más comunes, después de la senoidal y la continua pura. Una de ellas es la pulsatoria (también llamada onda cuadrada). Esta onda se ve en la figura 1.10:

Figura 1.10. Onda cuadrada

Otra onda frecuentemente utilizada en electrónica es la onda triangular, figura 1.11.

Figura 1.11. Onda triangular

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Y también está la onda diente de sierra, figura 1.12.

Figura 1.12. Onda diente de sierra.

Cabe aclarar que las definiciones de los parámetros que se hicieron para una onda senoidal se mantienen válidos para todo tipo de ondas.

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2.1.1. Características Técnicas Generales

a) Resistencia nominal. Es el valor teórico esperado al acabar el proceso de fabricación. b) Tolerancia. Diferencia entre las desviaciones superior e inferior. Se da en tanto por ciento. Da una idea de la precisión del componente. Cuando el valor de la tolerancia es grande se puede decir que la resistencia es poco precisa, sin embargo, cuando dicho valor es pequeño , la resistencia es más precisa. c) Potencia nominal. Es la potencia que el elemento puede disipar de manera continua sin sufrir deterioro. Los valores normalizados más utilizados son : 1/8, 1/4, 1/2, 1, 2..... Watts.

2.1.2. Tipos de Resistencias

Resistencias Fijas.

a) Aglomeradas. Barras compuestas de grafito y una resina aglomerante. La resistencia varía en función de la sección, longitud y resistividad de la mezcla, Figura 2.1a).

a) b) y c) d)

Figura 2.1. Resistencias fijas.

b). De película de carbón. Se enrolla una tira de carbón sobre un soporte cilíndrico cerámico. Figura 2.1b).

c) De película metálica. El proceso de fabricación es el mismo que el anterior pero la tira es una película metálica. Los metales más utilizados son cromo, molibdeno, tungsteno y titanio. Son resistencias muy estables y fiables. Figura 2.1c).

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d) Bobinadas. Tienen enrolladas, sobre un cilindro cerámico, un hilo o cinta de una determinada resistividad. Se utilizan las aleaciones de Ni-Cr-Al y para una mayor precisión las de Ni-Cr, que disipan grandes potencias. Los modelos más importantes son: cementados, vitrificados y esmaltados, mostrados en la figura 2.2.

Figura 2.2. Diferentes tipos de resistencias bobinadas

Observaciones:

El valor de las resistencias se basa en valores normalizados. Comercialmente se manejan valores de resistencias normalizados, que de acuerdo al código de colores, son: 1, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6, 6.8, 8.2 y 9.1 con diferentes exponentes. Si se tiene una resistencia fuera de estos valores, probablemente se trate de resistencias exactas, los cuales son solicitados a los fabricantes para uso específico de quien lo solicita.

Resistencias Variables Componentes pasivos de tres terminales, que permiten manipular la corriente que circula o la señal que hay en un circuito, por ejemplo el volumen de un equipo de música, figura 2.3.

a) Potenciómetro de película de carbón b) Potenciómetro de hilo^ c) Símbolos del potenciómetro Figura 2.3. Diferentes tipos de resistencias variables y simbología

Normalmente el terminal central corresponde al cursor o parte móvil del componente y entre los extremos se encuentra la resistencia.