Sin embargo, en circuitos electrónicos de alta tensión (HV, High Voltage) o que emplean valores elevados de resistencia, la variabilidad del valor resistivo con respecto al voltaje aplicado puede convertirse en un problema significativo. Dichos circuitos son comunes en fuentes de alimentación conmutadas de alta tensión, amplificadores de transimpedancia (TIA), sistemas de iluminación LED de alta intensidad y equipos de comunicaciones por pulsos eléctricos. Los diseñadores de estos circuitos analógicos y de potencia necesitan comprender las causas, los efectos y las técnicas de mitigación del VCR.
Este artículo proporciona una visión general del fenómeno del VCR y su impacto en los diseños de circuitos electrónicos. Posteriormente, se presentan ejemplos de resistencias de bajo VCR de Stackpole Electronics, ilustrando cómo seleccionar y aplicar estos componentes pasivos para minimizar el efecto del VCR y así garantizar la estabilidad, linealidad y fiabilidad del funcionamiento en circuitos críticos de precisión.
¿Qué es el VCR?
El VCR de una resistencia se define como el cambio en su valor óhmico en función del voltaje eléctrico aplicado. Se expresa en partes por millón por voltio (ppm/V) y se calcula mediante la siguiente ecuación:
donde:
R₁ es la resistencia medida (en ohmios, Ω) a un voltaje de referencia V₁.
R₂ es la resistencia medida a un voltaje de prueba V₂.
Un VCR positivo indica que la resistencia aumenta con la tensión aplicada, mientras que un VCR negativo señala una disminución.
Las resistencias de chip de alta tensión (HV SMD resistors) con VCR típicos de 200 ppm/V a 300 ppm/V pueden mostrar una variación del 20 % al 30 % del valor resistivo con un cambio de 1.000 V de tensión aplicada en corriente continua (DC). En contraste, una resistencia con VCR de 25 a 50 ppm/V reduce esta variación al 2,5–5 %.
El método estándar para medir el VCR sigue la norma MIL-STD-202G, método 309, que define procedimientos de prueba uniformes para componentes electrónicos pasivos, especificando un voltaje de prueba igual al voltaje de trabajo máximo (Vworking) y un voltaje de referencia equivalente al 10 % de Vworking.
Cómo minimizar el VCR
La minimización del VCR depende tanto del diseño físico del resistor como de los materiales resistivos empleados. Existe una compensación de ingeniería entre VCR y TCR, ya que los materiales resistivos de bajo VCR (por ejemplo, ciertas tintas de óxidos metálicos o películas gruesas de rutenio) pueden degradar la estabilidad térmica.
La geometría del circuito resistivo impreso, el tipo de substrato cerámico (como alúmina o nitruro de aluminio) y el método de corte láser de ajuste (laser trimming) influyen directamente en el comportamiento del VCR. El recorte láser, aunque permite ajustar la tolerancia hasta ±1 %, puede generar microgrietas y variaciones locales de impedancia, incrementando el VCR (Figura 1).
Figura 1: Los efectos físicos del recorte con láser de los resistores de chip de película gruesa pueden degradar el VCR. (Fuente de la imagen: Stackpole Electronics Inc.)
En general, encapsulados SMD más grandes (por ejemplo, 2512 frente a 1206) presentan una disipación térmica superior y un VCR más bajo.
Figura 2: Un TIA convierte una entrada de corriente en una salida de tensión proporcional al valor de la resistencia de retroalimentación. (Fuente de la imagen: Art Pini)
Aplicaciones de las resistencias de bajo VCR
Las resistencias de chip de bajo VCR se utilizan en iluminación LED, instrumentación médica, equipos audiovisuales, sistemas de sensado y comunicaciones de alta tensión o corriente pulsante.
Un ejemplo típico es el amplificador de transimpedancia (TIA), que convierte una señal de corriente (IIN) en un voltaje de salida (VOUT) proporcional al valor de la resistencia de retroalimentación (Rf).
En aplicaciones con fotodiodos, acelerómetros, tubos fotomultiplicadores (PMT) o sensores piezoeléctricos, la linealidad del sistema depende de la estabilidad resistiva bajo tensión. Cualquier variación del valor de Rf debido al VCR introduce una modulación no lineal de la ganancia, generando distorsión armónica de segundo orden y deteriorando la precisión de medición.
Otra aplicación común es el divisor resistivo de tensión, empleado para atenuar señales de alta tensión o alta frecuencia antes de entregarlas a etapas de control, muestreo o medición (Figura 3). En estos casos, un VCR bajo evita que la relación de atenuación varíe con el nivel de voltaje, garantizando la exactitud de la medición y reduciendo errores de linealidad.
Figura 3: Las resistencias de baja VCR se utilizan en circuitos divisores de tensión; estas reducen el nivel de tensión de una señal y se utilizan normalmente para retroalimentar una alta tensión a un dispositivo con una tensión de entrada nominal más baja. (Fuente de la imagen: Art Pini)
Ejemplos de resistencias HV de bajo VCR
La serie Stackpole RVCU incluye resistencias de chip de película gruesa (thick-film resistors) diseñadas para soportar tensiones de trabajo entre 800 V y 3.000 V, con una estabilidad de voltaje excepcional. Están disponibles con tolerancias de 0,5 % a 5 %, en rangos de 75 kΩ a 30 MΩ, y presentan VCR tan bajos como ±25 ppm/V (hasta 3 MΩ) o ±50 ppm/V (hasta 30 MΩ).
Figura 4: Se muestran las dimensiones mecánicas de la serie RVCU de resistencias chip de montaje superficial. (Fuente de la imagen: Stackpole Electronics Inc.)
Estas resistencias cumplen con AEC-Q200 para aplicaciones automotrices y con las pruebas ASTM-B-809 de resistencia al azufre.
Los encapsulados estándar SMD 1206, 2010 y 2512 (3216, 5025 y 6332 métricos, respectivamente) permiten una integración directa en placas de circuito impreso (PCB). La disipación de potencia varía entre 0,33 W y 1 W, con tensiones de sobrecarga máxima desde 1.000 V hasta 4.000 V, según el encapsulado.
Conclusión
En circuitos electrónicos de alta impedancia, alta tensión o precisión crítica, la selección de resistencias con bajo VCR es esencial para garantizar linealidad, estabilidad y exactitud.
La serie Stackpole RVCU ofrece componentes de montaje superficial (SMD) con VCR entre 25 y 50 ppm/V, ideales para instrumentación, control de potencia, conversión analógica y sensado de precisión, asegurando un rendimiento confiable en aplicaciones de hasta 3.000 voltios.
Autor: Rolf Horn
