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ELECTRONICA BASICA
CARTILLA
MODULO 1
INTRODUCCION
La electrónica es hoy día uno de los campos de la tecnología que mas ha
tenido desarrollo a nivel mundial, es ella la protagonista principal de
todos los nuevos adelantos tecnológicos que tenemos hoy en día,
reflejada en todos los campos del accionar humano, ella esta presente
en absolutamente todos los ambientes en los que nos desenvolvemos
hoy en día y claro ejemplo de ello son las comunicaciones (audio, video,
Internet, telefonia movil, etc), los procesos industriales (la sensorica, la
telemetría, la electrónica industrial), la medicina (todos aquellos equipos
que permiten realizar algún tipo de prueba
diagnostica al paciente) y en general en todos los
ramos del saber.
La electrónica tiene sus
orígenes en los fenómenos
eléctricos y electromagnéticos,
de ahí que como primer paso
para adentrarnos en el mundo de la electrónica es poder comprender los
principios básicos y fundamentales de la electricidad. La electrónica
como concepto es el campo de la ingeniería y de la física aplicada al
diseño y aplicación de dispositivos cuyo funcionamiento depende del
flujo de electrones para la generación, transmisión, recepción y
almacenamiento de información. Esta información puede consistir en
voz o música (señales de voz) en un
1
receptor de radio, en una imagen en una pantalla de televisión, o en
números u otros datos en un computador.
Asi pues bienvenido al mundo de la electrónica.
Modulo 1
CONCEPTOS BASICOS
MATERIA
En Física, la materia es aquello de lo que están hechos los objetos que
constituyen el Universo observable. Si bien durante un tiempo se
consideraba que la materia tenía dos propiedades que juntas la
caracterizan: que ocupa un lugar en el espacio y que tiene masa, en el
contexto de la física moderna se entiende por materia cualquier campo,
entidad o discontinuidad que se propaga a través del espacio-tiempo a
una velocidad inferior a la de la luz y a la que se pueda asociar energía.
CARACTERISTICAS DE LA MATERIA
La manera más adecuada de definir materia es describiendo sus
cualidades:
a) Presenta dimensiones, es decir, ocupa un lugar en el espacio.
b) Presenta inercia: la inercia se define como la resistencia que opone la
materia a modificar su estado de reposo o movimiento.
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c) La materia es la causa de la gravedad o gravitación, que consiste en
la atracción que actúa siempre entre objetos materiales aunque estén
separados por grades distancias.
ESTADOS DE LA MATERIA
La materia másica se presenta en las
condiciones imperantes en el sistema solar, en uno de cuatro estados de
agregación molecular: sólido, líquido, gaseoso y plasma. De acuerdo con
la teoría cinética molecular la materia se encuentra formada por
moleculas y éstas se encuentran animadas de movimiento, el cual
cambia constantemente de dirección y velocidad cuando chocan o bajo
el influjo de otras interacciones físicas. Debido a este movimiento
presentan de energía cinética que tiende a separarlas, pero también
tienen una energía potencial que tiende a juntarlas. Por lo tanto el
estado físico de una sustancia puede ser:
Sólido si la energía cinética es menor que la potencial.
Líquido: si la energía cinética y potencial son aproximadamente iguales.
Gaseoso: si la energía cinética es mayor que la potencial.
3
EL ATOMO COMO UNIDAD MINIMA DE LA MATERIA
La teoría aceptada hoy es que el átomo se compone de un núcleo de
carga positiva formado por protones y neutrones, en conjunto conocidos
como nucleón, alrededor del cual se encuentra una nube de electrones
de carga negativa.
La estabilidad del átomo se debe a la acción de dos fuerzas opuestas
que hacen mantenerse a distancia a los electrones del núcleo. Los
protones están fuertemente cargados de electricidad positiva y los
electrones negativamente. La interacción entre estas partículas hace
que los electrones se sientan poderosamente atraídos por la carga
eléctrica contraria de los protones, dando como resultado una centrípeta
que tiende a atraer a los electrones hacia el núcleo.
La existencia de una fuerza antagónica (fuerza centrífuga), la cual es
debida a la increíble velocidad a la que gira el electrón sobre el núcleo,
contrarresta a la fuerza de atracción y hace posible que los electrones se
mantengan siempre a determinadas distancias del núcleo. La materia en
su estado natural es neutra a nivel eléctrico. Nivel de valencia es el
ultimo nivel de energía presente en un átomo.
Ley del octeto :La regla del octeto fue enunciada por Lewis ,
basándose en que las estructuras más estables son las de los gases
4
nobles , con 8 electrones en su capa más externa,a excepción del
átomo de helio. Por lo tanto, ganando, cediendo o compartiendo
electrones los átomos tienden a lograrla.
CLASIFICACION DE LOS MATERIALES DE ACUERDO A SU
CONDUCTIVIDAD ELECTRICA
Conductor eléctrico
Cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad.
La diferencia entre un conductor y un aislante, que es un mal conductor
de electricidad o de calor, es de grado más que de tipo, ya que todas las
sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida. Un buen
conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una
conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante,
como el vidrio o la mica.
La superconductividad eléctrica
5
El fenómeno conocido como superconductividad
se produce cuando al enfriar ciertas sustancias a un temperatura
cercana al cero absoluto su conductividad se vuelve prácticamente
infinita. En los conductores sólidos la corriente eléctrica es transportada
por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace
por los iones
Semiconductor eléctrico
Semiconductor, material sólido o
líquido capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero
peor que un metal. La conductividad eléctrica, que es la capacidad de
conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de
potencial, es una de las propiedades físicas más importantes. Ciertos
metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes
conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio
son muy malos conductores. A temperaturas muy bajas, los
6
semiconductores puros se comportan como aislantes. Sometidos a altas
temperaturas, mezclados con impurezas o en presencia de luz, la
conductividad de los semiconductores puede aumentar de forma
espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales.
Aislante eléctrico
El aislante perfecto para las aplicaciones
eléctricas sería un material absolutamente no conductor, pero ese
material no existe. Los materiales empleados como aislantes siempre
conducen algo la electricidad, pero presentan una resistencia al paso de
corriente eléctrica hasta 2,5 × 1024 veces mayor que la de los buenos
conductores eléctricos como la plata o el cobre. Estos materiales
conductores tienen un gran número de electrones libres (electrones no
estrechamente ligados a los núcleos) que pueden transportar la
corriente; los buenos aislantes apenas poseen estos electrones. Algunos
materiales, como el silicio o el germanio, que tienen un número limitado
de electrones libres, se comportan como semiconductores, y son la
materia básica de los transistores.
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En los circuitos eléctricos normales suelen usarse plásticos como
revestimiento aislante para los cables. Los cables muy finos, como los
empleados en las bobinas (por ejemplo, en un transformador), pueden
aislarse con una capa delgada de barniz. El aislamiento interno de los
equipos eléctricos puede efectuarse con mica o mediante fibras de
vidrio con un aglutinador plástico. En los equipos electrónicos y
transformadores se emplea en ocasiones un papel especial para
aplicaciones eléctricas. Las líneas de alta tensión se aíslan con vidrio,
porcelana u otro material cerámico.
La elección del material aislante suele venir determinada por la
aplicación. El polietileno y poliestireno se emplean en instalaciones de
alta frecuencia, y el mylar se emplea en condensadores eléctricos.
También hay que seleccionar los aislantes según la temperatura máxima
que deban resistir. El teflón se emplea para temperaturas altas, entre
175 y 230 ºC. Las condiciones mecánicas o químicas adversas pueden
exigir otros materiales. El nylon tiene una excelente resistencia a la
abrasión, y el neopreno, la goma de silicona, los poliésteres de epoxy y
los poliuretanos pueden proteger contra los productos químicos y la
humedad.
ELECTROMAGNETISMO
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El Electromagnetismo, de esta manera es la
parte de la Física que estudia los campos eléctricos y campos
magnéticos, sus interacciones con la materia y, en general, la
electricidad, el magnetismo y las partículas subatómicas que generan
flujo de carga eléctrica.
El electromagnetismo, por ende se comprende que estudia
conjuntamente los fenómenos físicos en los cuales intervienen cargas
eléctricas en reposo y en movimiento, así como los relativos a los
campos magnéticos y a sus efectos sobre diversas sustancias sólidas,
líquidas y gaseosas.
ELECTRICIDAD
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La electricidad es un fenómeno físico originado por cargas eléctricas
estáticas o en movimiento y por su interacción. Cuando una carga se
encuentra en reposo produce fuerzas sobre otras situadas en su
entorno. Si la carga se desplaza produce también fuerzas magnéticas.
Hay dos tipos de cargas eléctricas, llamadas positivas y negativas.
VARIABLES ELECTRICAS
CORRIENTE ELECTRICA:
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La partícula fundamental más ligera que
lleva carga eléctrica es el electrón, que
transporta una unidad de carga. Los
átomos en circunstancias normales
contienen electrones, y a menudo los
que están más alejados del núcleo se
desprenden con mucha facilidad. En
algunas sustancias, como los metales,
proliferan los electrones libre.La
cantidad de carga eléctrica transportada
por todos los electrones del átomo, que
por convención son negativas, esta
equilibrada por la carga positiva
localizada en el núcleo. Si un cuerpo
contiene un exceso de electrones
quedará cargado negativamente. Por lo
contrario, con la ausencia de electrones
un cuerpo queda cargado
positivamente, debido a que hay más
cargas eléctricas positivas en el núcleo.
Siempre que se mueven cargas eléctricas de igual signo se establece
una corriente eléctrica. Para definir la corriente de manera más precisa,
suponga que las cargas se mueven perpendiculares a una superficie de
área A.
Existen dos tipos de corriente:
Corriente alterna
Se denomina corriente alterna (abreviada CA en
español y AC en inglés) a la corriente eléctrica en la que la magnitud y
dirección varían cíclicamente.
La forma de onda de la corriente alterna más comúnmente utilizada es
la de una onda senoidal, puesto que se consigue una transmisión más
eficiente de la energía. Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan
otras formas de onda periódicas, tales como la triangular o la cuadrada
Corriente continua (C.C)
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La corriente es la tasa a la cual fluye la carga por esta superficie. También podemos definir la corriente como el paso de electrones a través de un conductor o como la cantidad de cargas eléctricas que pasan a través de un conductor en la unidad del tiempo.
La corriente continua (CC en español, en
inglés DC, de Direct Current) es el flujo continuo de electrones a través
de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de
la corriente alterna (CA en español, AC en inglés), en este caso, las
cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección del punto de
mayor potencial al de menor potencial. Aunque comúnmente se
identifica la corriente continua con la corriente constante (por ejemplo la
suministrada por una batería), es continua toda corriente que mantenga
siempre la misma polaridad
VOLTAJE:
¿ Que es el V, Tensión Eléctrica o Diferencia de Potencial ?
EXISTEN:
12 VCD - 24 VCD MBT. Muy baja Tension
220 VCA - 380 VCA Baja Tensión.
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Para lograr que una lámpara como la de la
figura se encienda, debe circular por los
cables a los cuales está conectada, una
corriente eléctrica. Para que esta corriente
circule por los cables debe existir una fuerza,
llamada Fuente de fuerza electromotriz
(f.e.m), tensión, diferencia de potencial (d.P)
o voltaje.
Por tanto el voltaje es la fuerza con que son
impulsados los electrones a traves de un
conductor.
1000 V - 3300 V Media Tensión.
13200 V
132000 V - 500000 V Alta Tensión.
TENSION CONTINUA - (VCD).
Tension
Tiempo
VCD
1h 24h
12 o 24
TENSION ALTERNA - (VCA).
Max Tensión VCA + 0 Tiempo. -
Resistencia eléctrica:
Se denomina resistencia eléctrica, R a la oposición que encuentra la
corriente eléctrica para recorrerla. Su valor se mide en ohmios y se
designa con la letra griega omega mayúscula (Ω). Esta definición es
válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se
trate de elementos resistivos puros, esto es, sin componente inductiva ni
capacitiva. De existir estos componentes reactivos, la oposición
presentada a la circulación de corriente recibe el nombre de impedancia.
13
La resistencia eléctrica se mide con el Ohmímetro es un aparato
diseñado para medir la resistencia eléctrica en ohmios.
LEY DE OHM
Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon
Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica,
estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas
presentes en cualquier circuito eléctrico como son:
1. Tensión o voltaje (E), en volt (V).2. Intensidad de la corriente (I), en amper (A) o sus submúltipos.
3. Resistencia (R) de la carga o consumidor conectado al circuito en ohm ( ), o sus múltiplos.
Debido a la existencia de materiales que dificultan más el paso de la
corriente eléctrica que otros, cuando el valor de
la resistencia varía, el valor de la intensidad de
corriente también varía de forma inversamente
proporcional. Es decir, si la resistencia aumenta,
la corriente disminuye y, viceversa, si la
resistencia disminuye la corriente aumenta,
siempre y cuando, en ambos casos, el valor de la tensión o voltaje se
mantenga constante.
Por otro lado, de acuerdo con la propia Ley, el valor de la tensión es
directamente proporcional a la intensidad de la corriente; por tanto, si el
voltaje aumenta o disminuye el amperaje de la corriente que circula por
el circuito aumentará o disminuirá en la misma proporción, siempre y
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cuando el valor de la resistencia conectada al circuito se mantenga
constante.
LEY DE OHM:
1) v = I.R Usar este triángulo para obtener la incognita que se quiere encontrar. 2) I = V U Ejemplo: Si quiero saber la corriente R de un circuito donde conozco la (U) 3) R = V Tension y la (R) resistencia, tapo I I R en el triangulo la (I) corriente, y Resulta que ella es igual a V . R
R = V/I
Es decir, el valor de la tensión o voltaje "V", dividido por el valor de la
corriente "A" en amper. El resultado será el valor de la resistencia "R"
que deseamos hallar.
V = I*R
El voltaje es igual a la corriente multiplicada por la resistencia que
presenta el circuito.
I = V/R
La Corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente
proporciona la resistencia del circuito.
Ejemplos –ley de ohm-
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Determine la corriente que circula por un bombillo cuando esta
conectado a un voltaje de 120 voltios y tiene una resistencia en su
filamento de 50Ώ
I = V/R
I = 120v/50 Ώ = 2.4 Amperes.
Cual es la resistencia de una plancha que se alimenta a 110voltios
y pasa por su circuito 2.5 Amperios?
R = V/I = 110V/2.5A = 44 Ώ
Determine el voltaje al que esta siendo alimentado un circuito de
audio cuando pasa una corriente de 0.85 amperios y la resistencia
de todo su circuito es de 4500 Ώ?
V = I*R = (0.85A) (45 Ώ) = 38.25 Voltios
EJERCICIOS LEY DE OHM
1. Determine la corriente que pasa por un circuito eléctrico que se
encuentra conectado a 50 Volts y presenta una resistencia de
450Ω.
2. Cual es el voltaje que alimenta a un circuito por el que pasan 8.5
amperios de corriente y presenta una resistencia de 100 Ω
3. El voltaje que entrega una pila es de 9 voltios y la corriente es de
0.008 amperios, determine la resistencia que presenta el circuito.
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4. Una ducha eléctrica esta siendo alimentada por 220 voltios y la
resistencia es de 400 Ω, determine la corriente que circula a
través de ella.
5. Cual debe ser la resistencia que presenta el embobinado de un
motor que se alimenta de 9 voltios en corriente directa y pasa una
corriente de 0.425 amperios?.
6. Cual es el valor de una resistencia por la que circula una corriente de 0.005A cuando el voltaje aplicado es de 2.0 V .
MODULO No 2
POTENCIA ELECTRICA
Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía
fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el
depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo
(J/seg) y se representa con la letra “P”.
Un J/seg equivale a 1 watt (W), por tanto, cuando se consume 1 joule
de potencia en un segundo, estamos gastando o consumiendo 1 watt de
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energía eléctrica.
La unidad de medida de la potencia eléctrica “P” es el “watt”, y se
representa con la letra “W”.
cálculo de la potencia de una carga activa (resistiva)
La forma más simple de calcular la potencia que consume una carga
activa o resistiva conectada a un circuito eléctrico es multiplicando el
valor de la tensión en volt (V) aplicada por el valor de la intensidad (I) de
la corriente que lo recorre, expresada en amperio. Para realizar ese
cálculo matemático se utiliza la siguiente fórmula:
(Fórmula 1)
El resultado de esa operación matemática para un circuito eléctrico
monofásico de corriente directa o de corriente alterna estará dado en
watt (W). Por tanto, si sustituimos la “P” que identifica la potencia por su
equivalente, es decir, la “W” de watt, tenemos también que: P = W, por
tanto,
Si ahora queremos hallar la intensidad de corriente ( I ) que fluye por un
circuito conociendo la potencia en watt que posee el dispositivo que
tiene conectado y la tensión o voltaje aplicada, podemos despejar la
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fórmula anterior de la siguiente forma y realizar la operación
matemática correspondiente
(Fórmula 2)
Si observamos la fórmula 1 expuesta al inicio, veremos que el voltaje y
la intensidad de la corriente que fluye por un circuito eléctrico, son
directamente proporcionales a la potencia, es decir, si uno de ellos
aumenta o disminuye su valor, la potencia también aumenta o
disminuye de forma proporcional. De ahí se deduce que, 1 watt (W) es
igual a 1 ampere de corriente ( I ) que fluye por un circuito,
multiplicado por 1 volt (V) de tensión o voltaje aplicado, tal como se
representa a continuación.
1 watt = 1 volt · 1 ampere
Para hallar la potencia de consumo en watt de un dispositivo, también se
pueden utilizar las dos fórmulas que aparecen a continuación:
En el primer caso, el valor de la potencia se obtiene elevando al
cuadrado el valor de la intensidad de corriente en ampere (A) que fluye
por el circuito, multiplicando a continuación ese resultado por el valor de
la resistencia en ohm ( ) que posee la carga o consumidor conectado al
propio circuito.
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En el segundo caso obtenemos el mismo resultado elevando al cuadrado
el valor del voltaje y dividiéndolo a continuación por el valor en ohm
( ) que posee la resistencia de la carga conectada.
Ejemplo de potencia
Cuál será la potencia o consumo en watt de una bombilla conectada a
una red de energía eléctrica doméstica monofásica de 220 volt, si la
corriente que circula por el circuito de la bombilla es de 0,45 ampere.
Sustituyendo los valores en la fórmula 1 tenemos:
P = V · I
P = 220 · 0,45
P = 100 watt
Es decir, la potencia de consumo de la bombilla será de 100 W
De acuerdo con esta fórmula, mientras mayor sea la potencia de un
dispositivo o equipo eléctrico conectado a un circuito consumiendo
energía eléctrica, mayor será la intensidad de corriente que fluye por
dicho circuito, siempre y cuando el valor del voltaje o tensión se
mantenga constante.
El consumo de energía de un dispositivo eléctrico se mide en watt/hora
(vatio/hora) o en kilowatt-hora (kW/h).
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Normalmente las empresas que suministran energía eléctrica a la
industria y el hogar, en lugar de facturar el consumo en watt/hora, lo
hacen en kilowatt/hora (kW/h). Si, por ejemplo, tenemos encendidas
en nuestra casa dos lámparas de 500 watt durante una hora, el reloj
registrador del consumo eléctrico registrará 1 kW/h consumido en ese
período de tiempo, que se sumará después al resto del consumo
anterior.
Una bombilla de 40 W consume o gasta menos energía que otra de 100
W. Por eso, mientras más equipos conectemos a la red eléctrica, mayor
será el consumo y más dinero habrá que abonar después a la empresa
de servicios a la que contratamos la prestación del suministro de
energía.
Placa colocada al costado de un motor
monofásico de corriente alterna, donde aparece, entre otros datos, su
potencia en kilowatt (kW), o en C.V. (H.P.).
El consumo en watt (W) o kilowatt (kW) de cualquier carga, ya sea ésta
una resistencia o un consumidor cualquiera de corriente conectado a un
circuito eléctrico, como pudieran ser motores, calentadores, equipos de
aire acondicionado, televisores u otro dispositivo similar, en la mayoría
de los casos se puede conocer leyéndolo directamente en una placa
metálica ubicada, generalmente, en la parte trasera de dichos equipos.
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En los motores esa placa se halla colocada en uno de sus costados y en
el caso de las bombillas de alumbrado el dato viene impreso en el cristal
o en su base.
CIRCUITO SIMPLE
Para decir que existe un circuito eléctrico cualquiera, es necesario
disponer siempre de tres componentes o elementos fundamentales:
1. Una fuente (E) de fuerza electromotriz (FEM), que suministre la energía eléctrica necesaria en volt.
2. El flujo de una intensidad (I) de corriente de electrones en ampere.
3. Existencia de una resistencia o carga (R) en ohm, conectada al
circuito, que consuma la energía que proporciona la fuente de
fuerza electromotriz y la transforme en energía útil, como puede
ser, encender una lámpara, proporcionar frío o calor, poner en
movimiento un
motor, amplificar sonidos por un altavoz, reproducir imágenes en una
pantalla, etc.
Izquierda: circuito eléctrico compuesto por una fuente de fuerza electromotriz (FEM),
representada por una pila; un flujo de corriente (I) y una resistencia o carga eléctrica (R).
Derecha: el mismo circuito eléctrico representado de forma esquemática.
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Si no se cuentan con esos tres componentes, no se puede decir que
exista un circuito eléctrico.
Los circuitos pueden ser simples, como el de una bombilla de
alumbrado o complejo como los que emplean los dispositivos
electrónicos.
Unidades de medida de los componentes que afectan al
circuito eléctrico.
La tensión que la fuente de energía eléctrica proporciona al circuito,
se mide en volt y se representa con la letra (V). La intensidad del
flujo de la corriente (I), se mide en ampere y se representa con la
letra (A). La resistencia (R) de la carga o consumidor conectado al
propio circuito, se mide en ohm y se representa con la letra griega
omega ( ). Estos tres componentes están muy íntimamente
relacionados entre sí y los valores de sus parámetros varían
proporcionalmente de acuerdo con la Ley de Ohm. El cambio del
parámetro de uno de ellos, implica el cambio inmediato de parámetro
de los demás.
Las unidades de medidas del circuito eléctrico tienen también
múltiplos y submúltiplos como, por ejemplo, el kilovolt (kV), milivolt
(mV), miliamper (mA), kilohm (k ) y megohm (M ).
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Sentido de la circulación de la corriente de electrones en el
circuito eléctrico.
En un circuito eléctrico de corriente directa o continua, como el que
proporciona una pila, batería, dinamo, generador, etc., el flujo de
corriente de electrones circulará siempre del polo negativo de la
fuente de fuerza electromotriz (FEM) al polo positivo de la propia
fuente.
En los circuitos de corriente alterna que proporcionan los
generadores de las centrales eléctricas, por ejemplo, la polaridad y el
flujo de la corriente cambia constantemente de sentido tantas veces
en un segundo como frecuencia posea.
En América la frecuencia de la corriente alterna es de 60 ciclos o
hertz (Hz) por segundo, mientras que en Europa es de 50 Hz.
Componentes adicionales de un circuito
Para que un circuito eléctrico se considere completo, además de
incluir la imprescindible tensión o voltaje que proporciona la fuente
de FEM y tener conectada una carga o resistencia, generalmente se
le incorpora también otros elementos adicionales como, por ejemplo,
un interruptor que permita que al cerrarlo circule
la corriente o al abrirlo deje de circular, así como
un fusible que lo proteja de cortocircuitos.
1. Fuente de fuerza electromotriz (batería). 2. Carga o resistencia
( lámpara). 3. Flujo de la corriente eléctrica. 4. Interruptor. 5. Fusible
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¿Qué es un Corto circuito?
Es posible también que por un error de diseño, configuración o descuido
al trabajar dentro del circuito se genere un corto, cuyos efectos son
destructivos. Se pude expresar también así: cto cxto.
Para entender en qué consiste un corto circuito, contrastemos con los
estados normales de operación cerrado y abierto, gracias a los cuales se
logra la función de energizar y apagar el receptor o carga.
Sin embargo, en los circuitos eléctricos, es posible un tercer estado que
es conocido como corto circuito, el cual es anormal y desastroso para la
fuente de alimentación, pues tiende a absorber toda la energía
estableciendo una condición general de colapso.
Otro efecto en el circuito consiste, en el recalentamiento (Degeneración
térmica) o destrucción en muchos de los casos, de los conductores
eléctricos, estropeando sus propiedades de conductancia “G”,
(propiedad que tienen los conductores de permitir sin dificultad, el paso
de los electrones).
¿Qué es una sobre carga?
Las instalaciones eléctricas domiciliarias se configuran en circuitos
paralelo. Es posible también que por un error de diseño, configuración o
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descuido al trabajar dentro del circuito, se genere una sobre carga,
cuyos efectos son también como en el corto circuito, destructivos.
Cada carga hace, por decirlo así, una exigencia a la fuente de
alimentación del circuito, a sus conductores e interruptores. Si se
multiplican las cargas será mayor la exigencia, en especial a la fuente
de alimentación, es decir, el consumo se incrementa.
Ahora bien, si la fuente duramente su trabajo se le exige demasiada
corriente y no tiene la capacidad suficiente para proporcionarla (número
de amperios) ésta, comienza a sufrir una degeneración térmica que
finaliza con su destrucción. Igual efecto podría suceder a los conductores
principales e interruptores.
CIRCUITO SERIE
En un circuito en serie hay un solo
camino para los electrones. Si una de las
bombillas se funde (quema), las demás
bombillas se apagan porque se
interrumpe el circuito y deja de fluir la
corriente eléctrica.
Las ecuaciones propias para un circuito serie son:
RT = R1 + R2 + R3 + …Rn =
IT = RT/RT = A.
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VR = Rn*IT = V.
VT = Vr1 + Vr2 + Vr3
Ejemplo de circuito serie
Dibujese un diagrama en el que se muestren dos resistencias, R1 y R2,
conectadas en serie a una fuente de 100V a) Si la caida de voltaje IR a
traves de R1 es de 60V, ¿Cuál es la caida de voltaje IR a travès de R2? B)
Si la corriente que circule a lo largo de R1 es de 1 Amperio, ¿Cuál es la
corriente que circula por R2? C) ¿Cuál es la resistencia total a través de
la fuente de voltaje?, ¿Cuál es el voltaje a través de R1 y R2?
Caida de voltaje en R2 es de 40 V
Corriente que circula por R2 es de 1A
RT =R1 + R2 RT = VT/IT RT = 100V/1A = 100
R1 = Vr1/IT R1 = 60V/1A = 60 R2 = 40V/1A = 40
VT = VR1 + VR2 VT = 60V + 40V = 100V
CIRCUITOS DIVISORES DE TENSION.
Frecuentemente, los circuitos de corriente continua están alimentados
por un único generador o pila que suministra una diferencia de potencial
constante que no es posible variar. Sin embargo, en ocasiones puede ser
27
necesario obtener una diferencia de potencial inferior en una parte del
circuito. Para evitar tener que poner tantos generadores como diferentes
d.d.p. necesitamos en un circuito (cosa que por otra parte no es siempre
posible con el empleo de pilas electroquímicas) se emplean los circuitos
divisores de tensión. En la figura 4 se representa el divisor de tensión
más sencillo, formado por una fuente con una tensión constante y dos
resistencias R1 y R2. Por la aplicación de la ley de Ohm sabemos que la
corriente total vale
CIRCUITO PARALELO
con los circuitos paralelo, sucede algo diferente: si se desconectan uno o
varios elementos receptores o cargas, los otros continúan funcionando.
Analice la siguiente ilustración:
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Como se puede apreciar, el circuito en paralelo se caracteriaza porque:
El voltaje que entrega la fuente es el mismo para cada una de las
resistencias presentes en el circuito.
La corriente total que circula por el circuito se divide entra la
cantidad de ramas que estén en paralelo.
La potencia total del circuito es la sumatoria total de las potencias
individuales presentes en cada resistencia.
La resistencia total del circuito es aproximadamente igual a la
resistencia de menor valor presente en el circuito.
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En términos de ecuaciones se puede concluir lo siguiente:
RT = (R1*R2*R3…*Rn)/ (R1+R2+R3 …Rn)
VT = VR1 =VR2 = VR3 = …VRn
IT = VT/Rt.
IR = VR/R
MODULO No 3
Circuito eléctrico mixto (Serie-paralelo)
El circuito serie-paralelo se caracteriza porque posee en un solo
circuito las características de los dos circuitos vistos
anteriormente. En este tipo de circuitos las características se
mantienen para la parte serie y de la misma forma las mismas
características se aplican para la parte paralela.
Cálculo de la RT para Circuitos Mixtos
30
En esta configuración se están Combinando características circuitales
serie y paralelo de manera más compleja. Estos tipos de circuitos se
calculan por auto criterio, utilizando las fórmulas establecidas para los
circuitos: serie y paralelo.
Visualicemos y analicemos el siguiente esquema:
Las resistencias R1 y R2, están conectadas en serie; las resistencias
R3, R4 y R5, también están en serie.
La serie R1 y R2, están conectadas en paralelo con la otra serie
formada por R3, R4 y R5.
En conclusión: Tenemos un circuito MIXTO serie paralelo simple.
Simplificación de Circuitos Resistivos
Los circuitos MIXTOS tienen que ser simplificados antes de calcular su
RT, generando las resistencias totales de ramal parcial; hay dos
maneras de simplificarlo:
1- Agrupando resistencias en serie.
2- Agrupando resistencias en paralelo, así:
31
Agrupemos:
Grupo # 1
Rt1 = R1 + R2
Rt1 = 40 Ω+ 20 Ω
Rt1 = 60 Ω
Grupo # 2
Rt2 = R3 + R4 + R5
Rt2 = 50 Ω+ 60 Ω+ 10 Ω
Rt2 = 120 Ω
La simplificación nos queda de la siguiente manera:
Calculemos ahora:
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Tenemos resistencia total final, es decir el circuito de 5 resistencias se
comporta como si fuese una sola de 40 Ohmios.
No todos los circuitos mixtos pueden ser agrupados y analizados de la
manera que se ha demostrado anteriormente como se dijo
anteriormente, estos tipos de circuitos se calculan por auto criterio.
El interruptor o switch
Retomando el tema del interruptor, éste es un dispositivo utilizado para
bloquear o permitir el paso de los electrones en un circuito o sistema
dado. Deben cumplir estrictamente parámetros de continuidad absoluta
y rigidez eléctrica en el punto de contacto. La capacidad de manejo de
corriente y voltaje en el punto de contacto que generalmente es de
PLATA, la estipula el fabricante cuando emite la producción al mercado.
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Tipos de interruptores:
Existe una multiforme y gran variedad topológica de interruptores a
nivel comercial, pero nosotros estudiaremos los más comunes:
Los switches o interruptores, dependiendo de su forma de activación se
dividen en: manuales, magnéticos, térmicos y sensores.
Ejemplo:
Manuales: suiche de codillo, cuchilla, pulsador etc.
Magnéticos: Relees o relevos, contactores, red switch, etc.
Térmicos: Breakers, Disyuntores, etc.
Sensores: Foto transistor, foto tiristor, sw de Mercurio, sw de choque o
vibración, etc.
No olvide que todo tipo de Interruptor, exige Ser revisado en sus
características de Voltaje y corriente en Amperios antes de ser Instalado
o reemplazado en un sistema Eléctrico o Electrónico.
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Fusibles
Diseñados para que precisamente, el calor producido por la fricción
electrónica por excesos de consumo o corto circuitos, fundan o derritan
el material termo fundible e inmediatamente interrumpan el flujo de
corriente al circuito afectado.
Simbología:
Los circuitos eléctricos utilizan también una expresión normativa
estipulada universalmente para entender e interconectar elementos o
dispositivos entre sí; símbolos que estaremos conociendo
paulatinamente a través de este curso.
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En música, las notas son símbolos sobre un pentagrama; en el idioma,
las letras; en electrónica tenemos gran cantidad de simbología para
circuitos, que pueden ser interpretados en cualquier parte del mundo
por ingenieros y técnicos en la materia de lectura y diseño de planos
electrónicos, ya que estos símbolos tienen expresión genérica para
todos los idiomas como lo es la partitura de una estrofa musical.
Ha notado usted, como este curso le pude ser de gran utilidad en
cualquier continente, siempre y cuando estudie concienzudamente
todos los ejercicios y medios propuestos en la sección de actividad e
investigación para su desarrollo.
Circuito a tierra
Utilizando el chasis metálico como conductor, economizamos gran
cantidad de cable y simplificamos el diseño. Los circuitos que utilizan
este tipo de conexión se les llama típicamente:
Circuito de retorno a tierra.
Circuito a masa.
Circuito a chasis.
Circuito a punto común.
Este tipo de conexión se utiliza generalmente en los Vehículos, en las
tarjetas electrónicas de tamaño considerado, en montajes que utilicen
mueble metálico etc.
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Técnicas de conexión para circuitos eléctricos:
Tener en nuestro poder los conocimientos teórico -práctico, que
consisten en saber:
El chequeo con instrumentos de medida.
Interpretar terminologías alusivas a circuitos eléctricos.
ContinuidadEn un circuito este término se le adjudica a todos los conductores o
elementos que tengan una resistencia u oposición de 0 Ohmios, para dar
paso libre a los electrones. La unidad de medida de la continuidad o
conductancia “G” se da en MHO, (siemens) lo contrario de la oposición o
resistencia que es el OHM, resistencia a los electrones libres. Los
Conductores eléctricos tienen esta propiedad y usted deberá estar
explorando en los textos de consulta para enriquecer los fundamentos
básicos para nuestro tema de electrónica. Mirar la figura siguiente:
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Efectos naturales de los circuitos eléctricos
Cuando la energía eléctrica fluye a través del filamento de Tungsteno de
una lámpara, parte de la energía eléctrica se convierte en energía
térmica o calorífica y si pasa la suficiente cantidad de amperios por
dicho filamento, el Tungsteno por efectos de la fricción electrónica, se
pondrá al rojo vivo, emitiendo una luz roja incandescente a causa de la
oposición o resistencia del material ante los electrones.
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