Mariannys Bermúdez

Mariannys Bermúdez

Definición de Circuitos en serie, paralelo y mixtos.

Calculo de los circuitos en serie, paralelos y mixtos.

Definir los circuitos divisores de voltaje y corriente.

Cálculo y diseño de los circuitos divisores de voltaje y corriente.

Formular Medidores de tensión, corriente y resistencia.

Definición y Uso de la Ley de Ohm

CIRCUITOS RESISTIVOS

La intensidad de la corriente eléctrica que circula por un

conductor es la cantidad de carga eléctrica que atraviesa la

sección del conductor por unidad de tiempo

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Un circuito en serie es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, interruptores, entre otros) se conectan secuencialmente. La terminal de salida de un dispositivo se conecta a la terminal de entrada del dispositivo siguiente

Es una conexión donde los

puertos de entrada de todos

los dispositivos (generadores,

resistencias, condensadores,

etc.) conectados coincidan

entre sí, lo mismo que sus

terminales de salida.

Es una combinación de varios elementos

conectados tanto en paralelo como en serie, estos

pueden colocarse de la manera que sea siempre y

cuando se utilicen los dos diferentes sistemas de

elementos, tanto paralelo como en serie.

Estos circuitos se pueden reducir resolviendo

primero los elementos que se encuentran en serie

y luego los que se encuentren en paralelo, para

luego calcular y reducir un circuito único y puro.

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La resistencia en serie consiste simplemente en conectar la “salida” de una resistencia a la “entrada” de otra en un circuito. Cada resistencia adicional colocada en un circuito se agrega a la resistencia total de dicho circuito.

La fórmula para calcular el total de un número “n” de resistores en serie es:

Req = R1 + R2 + .... Rn Es decir, todas los resistores en serie simplemente se

suman. Por ejemplo, considera la posibilidad de hallar la resistencia equivalente en la imagen de abajo.

En este ejemplo, R1 = 100 Ω and R2 = 300Ω) están conectadas en serie.

Req = 100 Ω + 300 Ω = 400 Ω

Las resistencias en paralelo ocurren cuando las “entradas” de dos o más resistores están unidas y las “salidas” están unidas. La ecuación para calcular el total de resistores “n” en paralelo es: Req = 1/{(1/R1)+(1/R2)+(1/R3)..+(1/Rn)} Aquí hay un ejemplo, dadas R1 = 20 Ω, R2 = 30 Ω, y R3 = 30 Ω. La resistencia total equivalente para los 3 resistores en paralelo es: Req = 1/{(1/20)+(1/30)+(1/30)} = 1/{(3/60)+(2/60)+(2/60)} = 1/(7/60)=60/7 Ω = aproximadamente 8,57 Ω.

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Una red combinada es una combinación de circuitos en serie y en paralelo conectados juntos. Considera la posibilidad de hallar la resistencia equivalente de la red mostrada más abajo. Vemos que los resistores R1 y R2 están conectados en serie. Entonces su resistencia equivalente (la cual denotaremos por Rs) es:

Rs = R1 + R2 = 100 Ω + 300 Ω = 400 Ω.

Luego, vemos que los resistores R3 y R4 están conectados en paralelo, por lo

que su resistencia equivalente (la cual denotaremos por Rp1) es:

Rp1 = 1/{(1/20)+(1/20)} = 1/(2/20)= 20/2 = 10 Ω

Luego vemos que los resistores R5 and R6 también están conectados en

paralelo, por lo que su resistencia equivalente (la cual denotaremos por Rp2) es:

Rp2 = 1/{(1/40)+(1/10)} = 1/(5/40) = 40/5 = 8 Ω

Ahora tenemos un circuito con los resistores Rs, Rp1, Rp2 and R7 conectados en

serie. Estos resistores simplemente se suman para obtener la resistencia equivalente

R7 de la red que se nos dio originalmente.

Req = 400 Ω + 20Ω + 8 Ω = 428 Ω.

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Un divisor de corriente es una configuración presente en circuitos eléctricos que puede fragmentar la corriente eléctrica de una fuente entre diferentes impedancias conectadas en paralelo. El divisor de corriente es usado para satisfacer la Ley de tensiones de Kirchhoff.

Regla del divisor de corriente La regla del divisor de corriente determinara como se divide entre los elementos la corriente que entra a un conjunto de ramas paralelas.

Para dos elementos en paralelo de igual valor, la corriente se dividirá en forma equitativa

Para elementos en paralelo con valores diferentes, a menor resistencia, mayor será la porción de la corriente de entrada.

Para elementos en paralelo de valores diferentes, la corriente se dividirá según una razón igual a la inversa de los valores de sus resistores

Un divisor de voltaje es un circuito simple que reparte la tensión de una fuente entre una o más impedancias conectadas. Con sólo dos resistencias en serie y un voltaje de entrada, se puede obtener un voltaje de salida equivalente a una fracción del de entrada. Los divisores de voltaje son uno de los circuitos más fundamentales en la electrónica.

Circuitos Un divisor de voltaje requiere que se

conecte una fuente de voltaje a través de dos resistencias en serie. Es posible que el divisor de voltaje sea dibujado de distintas maneras, pero siempre debe ser esencialmente el mismo circuito.

Llamamos a la resistencia más cercana al voltaje de entrada (Vin) R1 y a la resistencia más cercana a tierra R2. La caída de voltaje en R2 es nuestro voltaje de salida (Vout), este es el voltaje resultante de nuestro circuito, que como ya se mencionó es una fracción de nuestro voltaje de entrada.

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Para un divisor de corriente con n impedancias, se tiene un esquema similar a este:

La corriente que circula por cada impedancia es el producto de la corriente proporcionada por el generador por todas las demás impedancias (es decir, todas menos por la que pasa la corriente que queremos calcular) dividido entre la suma de todas las posibles combinaciones de productos de impedancias en grupos de n-1 en n-1:

Que también se puede escribir como:

Las ecuaciones se simplifican bastante si trabajamos con admitancias en lugar de impedancias, sabiendo que :

quedando la expresión de la siguiente forma:

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Supóngase que se tiene una fuente de tensión , conectada en serie

con n impedancias.

Para conocer el voltaje en la impedancia genérica , se utiliza la ley de Ohm:

Sustituyendo la segunda ecuación en la primera se obtiene que el voltaje en la

impedancia genérica será:

Obsérvese que cuando se calcula la caída de voltaje en cada impedancia y se recorre la

malla cerrada, el resultado final es cero, respetándose por tanto la segunda ley de

Kirchhoff.

Un circuito análogo al divisor de tensión en el dominio de la corriente es el divisor de

corriente.

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Medidores de corriente

Galvanómetros Los galvanómetros son los instrumentos

principales en la detección y medición de la corriente. Se basan en las interacciones entre una corriente eléctrica y un imán. El mecanismo del galvanómetro está diseñado de forma que un imán permanente o un electroimán produce un campo magnético, lo que genera una fuerza cuando hay un flujo de corriente en una bobina cercana al imán. El elemento móvil puede ser el imán o la bobina. La fuerza inclina el elemento móvil en un grado proporcional a la intensidad de la corriente. Este elemento móvil puede contar con un puntero o algún otro dispositivo que permita leer en un dial el grado de inclinación.

Microamperímetros Un microamperímetro está calibrado en

millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio.

Los galvanómetros convencionales no pueden utilizarse para medir corrientes alternas, porque las oscilaciones de la corriente producirían una inclinación en las dos direcciones.

Electrodinamómetros Sin embargo, una variante del

galvanómetro, llamado electrodinamómetro, puede utilizarse para medir corrientes alternas mediante una inclinación electromagnética. Este medidor contiene una bobina fija situada en serie con una bobina móvil, que se utiliza en lugar del imán permanente del galvanómetro. Dado que la corriente de la bobina fija y la móvil se invierte en el mismo momento, la inclinación de la bobina móvil tiene lugar siempre en el mismo sentido, produciéndose una medición constante de la corriente. Los medidores de este tipo sirven también para medir corrientes continuas.

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Medidores de corriente Medidores de aleta de hierro

Otro tipo de medidor electromagnético es el medidor de aleta de hierro o de hierro dulce. Este dispositivo utiliza dos aletas de hierro dulce, una fija y otra móvil, colocadas entre los polos de una bobina cilíndrica y larga por la que pasa la corriente que se quiere medir. La corriente induce una fuerza magnética en las dos aletas, provocando la misma inclinación, con independencia de la dirección de la corriente. La cantidad de corriente se determina midiendo el grado de inclinación de la aleta móvil.

Medidores de termopar Para medir corrientes alternas de alta frecuencia se utilizan medidores que dependen del efecto calorífico de la corriente. En los medidores de termopar se hace pasar la corriente por un hilo fino que calienta la unión de termopar. La electricidad generada por el termopar se mide con un galvanómetro convencional. En los medidores de hilo incandescente la corriente pasa por un hilo fino que se calienta y se estira. El hilo está unido mecánicamente a un puntero móvil que se desplaza por una escala calibrada con valores de corriente.

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Medición de tensión Medición del voltaje

El instrumento más utilizado para medir la diferencia de potencial (el voltaje) es un galvanómetro que cuenta con una gran resistencia unida a la bobina. Cuando se conecta un medidor de este tipo a una batería o a dos puntos de un circuito eléctrico con diferentes potenciales pasa una cantidad reducida de corriente (limitada por la resistencia en serie) a través del medidor. La corriente es proporcional al voltaje, que puede medirse si el galvanómetro se calibra para ello. Cuando se usa el tipo adecuado de resistencias en serie un galvanómetro sirve para medir niveles muy distintos de voltajes. El instrumento más preciso para medir el voltaje, la resistencia o la corriente continua es el potenciómetro, que indica una fuerza electromotriz no valorada al compararla con un valor conocido.

Para medir voltajes de corriente alterna se utilizan medidores de alterna con alta resistencia interior, o medidores similares con una fuerte resistencia en serie.

Los demás métodos de medición del voltaje utilizan tubos de vacío y circuitos electrónicos y resultan muy útiles para hacer mediciones a altas frecuencias. Un dispositivo de este tipo es el voltímetro de tubo de vacío. En la forma más simple de este tipo de voltímetro se rectifica una corriente alterna en un tubo de diodo y se mide la corriente rectificada con un galvanómetro convencional. Otros voltímetros de este tipo utilizan las características amplificadoras de los tubos de vacío para medir voltajes muy bajos. El osciloscopio de rayos catódicos se usa también para hacer mediciones de voltaje, ya que la inclinación del haz de electrones es proporcional al voltaje aplicado a las placas o electrodos del tubo.

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Medidores resistencia Un óhmetro u ohmímetro es un instrumento para medir la resistencia eléctrica. El diseño de un óhmimetro se compone de una pequeña batería para aplicar un voltaje

a la resistencia bajo medida, para luego, mediante un galvanómetro, medir la corriente que circula a través de la resistencia.

La escala del galvanómetro está calibrada directamente en ohmios, ya que en aplicación de la ley de Ohm, al ser el voltaje de la batería fijo, la intensidad circulante a través del galvanómetro sólo va a depender del valor de la resistencia bajo medida, esto es, a menor resistencia mayor intensidad de corriente y viceversa.

Existen también otros tipos de óhmetros más exactos y sofisticados, en los que la batería ha sido sustituida por un circuito que genera una corriente de intensidad constante I, la cual se hace circular a través de la resistencia R bajo prueba. Luego, mediante otro circuito se mide el voltaje V en los extremos de la resistencia. De acuerdo con la ley de Ohm el valor de R vendrá dado por:

R = \frac{V}{I} Para medidas de alta precisión la disposición indicada anteriormente no es apropiada,

por cuanto que la lectura del medidor es la suma de la resistencia de los cables de medida y la de la resistencia bajo prueba.

Para evitar este inconveniente, un óhmetro de precisión tiene cuatro terminales, denominados contactos Kelvín. Dos terminales llevan la corriente constante desde el medidor a la resistencia, mientras que los otros dos permiten la medida del voltaje directamente entre terminales de la misma, con lo que la caída de tensión en los conductores que aplican dicha corriente constante a la resistencia bajo prueba no afecta a la exactitud de la medida

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