ELECTRNICA APLICADA Unidad 3 Anlisis de circuitos en

ELECTRÓNICA APLICADA Unidad 3: Análisis de circuitos en corriente continua

03 Análisis de circuitos en corriente continua CONTENIDOS 1. Medidas de la tensión y la intensidad en un circuito 2. Tipos de corriente eléctrica. Definición de corriente continua 3. Circuito eléctrico 4. Ley de Ohm 5. Cálculo de la potencia eléctrica 6. Rendimiento de un generador 7. Leyes de Kirchhoff 1

03 Análisis de circuitos en corriente continua 1. Medidas de la tensión y la intensidad en un circuito Todos los equipos electrónicos relacionados con las telecomunicaciones utilizan corriente continua en su funcionamiento. Por ello, vamos a estudiar a continuación los pasos a seguir para efectuar estas operaciones de toma de medidas y de tensión de forma adecuada, empleando un polímetro digital. 2

03 Análisis de circuitos en corriente continua 1. 1. Medida de la tensión en dos puntos de un circuito Para medir la tensión en dos puntos de un circuito emplearemos el polímetro, ya que este aparato nos permite tomar medidas de diferente magnitud. En este caso lo vamos a utilizar como voltímetro. 3 La punta de prueba negra siempre se coloca hacia el lado del negativo de la tensión queremos medir y la roja hacia el positivo. El polímetro se coloca siempre en paralelo a los puntos donde queremos medir la tensión.

03 Análisis de circuitos en corriente continua 1. 2. Medida de la intensidad en un punto de un circuito Hay que colocar el polímetro en serie en la rama en la queremos tomar la medida. Esto implica que habrá que abrir el circuito en cualquier punto e intercalar el polímetro entre los dos puntos que nos quedan al abrir el circuito. En el circuito se han desconectado las resistencias R 1 y R 2 para poder poner las puntas de prueba entre medias. 4

03 Análisis de circuitos en corriente continua 2. Tipos de corriente eléctrica. Definición de corriente continua La corriente eléctrica es el flujo de electrones que circulan por un determinado material (conductor). El sentido en el que circulan estos electrones determina el tipo de corriente eléctrica. Para que exista una corriente eléctrica, debe existir una diferencia de potencial entre dos puntos. En función de si se mantienen o no constantes el valor y el signo de la diferencia de potencial, esto es, de cómo sea la diferencia de potencial o tensión en el generador, el comportamiento de los electrones será diferente. • La tensión en el generador se mantiene constante tanto en valor como en signo a lo largo del tiempo: corriente continua. • La 5 tensión del generador no es constante a lo largo del tiempo, lo que provocará que los electrones circulen en diferentes sentidos en el circuito según cambie el generador. Se conoce como corriente alterna.

03 Análisis de circuitos en corriente continua 3. Circuito eléctrico Para que pueda haber circulación de electrones debe existir circuito eléctrico. El más elemental estará formado por un generador, un receptor y los cables que los unen. El circuito debe estar cerrado para que puedan circular los electrones. En la práctica, los circuitos eléctricos no son tan sencillos. El análisis de un circuito más complejo implica conocer determinados métodos y leyes que, a su vez, manejan una serie de conceptos imprescindibles para aplicar las técnicas de análisis de circuitos y que todo técnico debe utilizar con soltura. 6

03 Análisis de circuitos en corriente continua Circuito eléctrico 7

03 Análisis de circuitos en corriente continua Circuito eléctrico 8

03 Análisis de circuitos en corriente continua Circuito eléctrico 9

03 Análisis de circuitos en corriente continua 4. Ley de Ohm Relaciona la resistencia de un conductor con el voltaje presente en sus extremos y la intensidad que circula por el mismo. La podemos enunciar de la siguiente manera: 10 Si la intensidad viene dada en amperios y la resistencia viene dada en ohmios, el valor de la tensión se obtendrá en voltios. A partir de esta fórmula podemos obtener cualquiera de los tres valores, conocidos los otros dos. La ley de Ohm es fundamental en el análisis de cualquier circuito eléctrico. Se utiliza cuando existe un único generador de tensión, y por tanto una sola malla; si hay más de uno, habrá que aplicar otras técnicas, tal como veremos más adelante.

03 Análisis de circuitos en corriente continua 4. 1. Criterio de signos de tensiones e intensidades para el análisis de circuitos Para poder aplicar correctamente las fórmulas hemos de tener muy claro si, al recorrer un circuito en un determinado sentido, vamos a considerar la tensión o la intensidad como positiva o como negativa. • Por convenio, la intensidad de la corriente siempre sale del polo positivo del generador. • En una resistencia, al pasar una corriente a través de ella, se va a producir una tensión. Esta tensión tendrá su positivo en el punto por el que entra la intensidad. • Cuando recorremos una rama en un circuito eléctrico, y alcanzamos un generador, el signo de su diferencia de potencial será el del polo por el que lleguemos. 11

03 Análisis de circuitos en corriente continua 4. 1. Criterio de signos de tensiones e intensidades para el análisis de circuitos • Por convenio, la intensidad de la corriente siempre sale del polo positivo del generador. • En una resistencia, al pasar una corriente a través de ella, se va a producir una tensión. Esta tensión tendrá su positivo en el punto por el que entra la intensidad. • Cuando recorremos una rama en un circuito eléctrico, y alcanzamos un generador, el signo de su diferencia de potencial será el del polo por el que lleguemos. 12

03 Análisis de circuitos en corriente continua 5. Cálculo de la potencia eléctrica En corriente continua, la potencia se calcula a través de la siguiente fórmula: Multiplicando el valor de la tensión por el de la intensidad, obtenemos el valor de la potencia. Su unidad de medida es el vatio (W), y se define como el producto de 1 voltio por 1 amperio. La potencia eléctrica ofrece una idea de la energía que se consume en el circuito. 13

03 Análisis de circuitos en corriente continua 5. 1. Comportamiento en relación a la potencia de los componentes de un circuito eléctrico En todos los circuitos vamos a tener dos tipos de elementos: • Receptores: son los elementos que consumen potencia. Algunos ejemplos son las resistencias, las bombillas, los motores eléctricos, etc. • Generadores: son los encargados de proporcionar la potencia al circuito. Un ejemplo en el caso de la corriente continua son las pilas o las baterías. En algunas ocasiones, los generadores actúan como receptores. Así por ejemplo, cuando se recarga una batería como la de un teléfono móvil, el generador está absorbiendo potencia del circuito, en lugar de estar entregándola, y por tanto está actuando como receptor. 14

03 Análisis de circuitos en corriente continua Comportamiento en relación a la potencia de los componentes de un circuito eléctrico A. Potencia consumida por una resistencia Tal como hemos comentado anteriormente, la potencia se calcula a través de la fórmula general. En el caso particular de una resistencia, podemos emplear los métodos que se explican a continuación. Si aplicamos la ley de Ohm, el valor de la tensión en una resistencia lo podemos expresar como: Así, si sustituimos esta expresión en la fórmula general, obtenemos la expresión: Análogamente, podemos obtener otra expresión, despejando el valor de la intensidad en la ley de Ohm: 15

03 Análisis de circuitos en corriente continua Comportamiento en relación a la potencia de los componentes de un circuito eléctrico B. Potencia puesta en juego por un generador Para saber si un generador se comporta como tal o como receptor, hemos de tener en cuenta el siguiente criterio: • Si la intensidad que circula por el circuito llega al generador por el polo negativo, el generador entrega potencia al circuito y por tanto actúa como generador. • Si por el contrario, la intensidad llega por el polo positivo del generador, actúa como receptor de potencia. En todos los circuitos se tiene que cumplir que la suma de la potencia entregada por los generadores debe ser igual a la suma de la potencia consumida por los receptores. Así: 16

03 Análisis de circuitos en corriente continua 6. Rendimiento de un generador No toda la potencia que es capaz de producir el generador es entregada al circuito: una pequeña parte se consume en el propio generador, ya que existen elementos donde se pierde dicha potencia. 17

03 Análisis de circuitos en corriente continua Rendimiento de un generador Por tanto, podemos expresar la potencia que entrega un generador como: La potencia útil es la que va a utilizar el circuito que está alimentando el generador. La potencia perdida es la que el generador no entrega al circuito porque se pierde en lo que hemos representado con la resistencia de pérdidas. Así, podemos definir el rendimiento del generador como el cociente entre la potencia útil y la potencia total. 18 Siempre será menor que 1, puesto que la potencia útil siempre es menor que la total. El valor del rendimiento suele darse en tanto por ciento, multiplicando el resultado obtenido por 100.

03 Análisis de circuitos en corriente continua 7. Leyes de Kirchhoff Las leyes de Kirchhoff forman, junto con la ley de Ohm, las leyes fundamentales para el análisis de circuitos y son válidas tanto para circuitos de corriente continua como para circuitos de corriente alterna. 7. 1. Primera ley de Kirchhoff: Ley de nudos En todo nudo eléctrico, la suma de las intensidades que llegan tiene que ser igual a la suma de las intensidades que salen de él. 19 7. 2. Segunda ley de Kirchhoff: Ley de mallas En toda malla de un circuito eléctrico se cumple que la suma de la tensión existente en cada uno de los elementos tiene que ser igual a cero.

03 Análisis de circuitos en corriente continua Créditos: Autores del libro del alumno Guadalupe Carmona Rubio Tomás Díaz Corcobado Edición Estudio 177. com, Eugenia Arrés López 29