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CONCEPTOS BÁSICOS, RESISTORES EN PARALELO Y TRANSFORMACIÓN DE FUENTES
INTRODUCCIÓN
Para la electrónica y todas las ramas cercanas la ley de ohm tiene una
importancia única, porque es la ley que nos presenta el comienzo de la
electrónica tal y como hoy se conoce, actualmente la utilizamos en la realización
de cálculos, diseños, además fue utilizada para el entendimiento de leyes
superiores como la ley de Kirchhoff y demostraciones de linealidad.
OBJETIVOS
General:
Identificar las características de un circuito eléctrico y sus variables.
Específicos:
1. Conocer las variables eléctricas de los circuitos (Voltaje, Corriente,
Resistencia y Potencia) y utilizarlas de manera teórica y práctica.
2. Utilizar de manera practica el código de colores de las resistencias para
escoger correctamente cada una de ellas.
3. Manejar correctamente los juegos de resistencias organizados en serie y/o
paralelo y hallar su resistencia equivalente.
4. Entender la ley de ohm y aplicarla para problemas electrónicos y diseños
sencillos.
5. Manejar de manera teórica y práctica el concepto de transformación de
fuentes y utilizarla en diseños sencillos.
MATERIALES
BJETIVOS
1. Fuente de alimentación.
2. 2 Multímetros por grupo.
3. Protoboard.
4. Resistencias de 1K , 10K , 2.2K , 1.5K , 220 , 390 ,100 , 200
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5. Switch de dos posiciones.
6. Papel milimetrado
BASES TEÓRICAS
El voltaje
Tensión o diferencia de potencial es la presión que ejerce una fuente de
suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas
eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el
flujo de una corriente eléctrica.
A mayor diferencia de potencial o presión que ejerza una fuente de FEM sobre
las cargas eléctricas o electrones contenidos en un conductor, mayor será el
voltaje o tensión existente en el circuito al que corresponda ese conductor.
Medición de la tensión o voltaje
Para medir tensión o voltaje existente en una fuente de fuerza electromotriz
(FEM) o e un circuito eléctrico, es necesario disponer de un instrumento de
medición llamado voltímetro, que puede ser tanto del tipo analógico como digital.
El voltímetro se instala de forma paralela en relación con la fuente de
suministro de energía eléctrica. Mediante un multímetro o “tester” que mida
voltaje podemos realizar también esa medición. Los voltajes bajos o de baja
tensión se miden en voltios y se representa por la letra (V), mientras que los
voltajes medios y altos (alta tensión) se miden en kilovoltios, y se representan por
las iniciales (kV).
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Figura 1 Medición de Voltaje y Corriente
La corriente eléctrica
Lo que se conoce como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación
de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven
siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza
electromotriz (FEM). Ver Figura 2
Figura 2 Circuito Eléctrico
Potencia
La fuerza eléctrica ejercida es tensión o voltaje y esa tensión o voltaje
produce el flujo de corriente, o sea el movimiento de electrones. Una tensión
entre dos puntos que no causa flujo de corriente es similar al resorte tenso que no
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se mueve y, por lo tanto, no produce trabajo. Siempre que la tensión provoca
movimiento de electrones, se realiza un trabajo al desplazar a los electrones de
un punto a otro. La rapidez con que este trabajo se realiza se denomina como
POTENCIA ELÉCTRICA.
Para realizar la misma cantidad total de trabajo puede emplearse distinto
tiempo. Por ejemplo, se puede mover de un punto a otro un número dado de
electrones en un segundo o en una hora, dependiendo de la velocidad con que se
los mueva; el trabajo total realizado será el mismo en ambos casos. Si se hace
todo el trabajo total realizado será el mismo en ambos casos. Si se hace todo el
trabajo en un segundo, mas energía eléctrica se transformara por segundo en
calor o luz si esa cantidad total de trabajo se hiciese en una hora.
El Resistor
Desde el punto de vista de la resistividad, se puede encontrar materiales
conductores (no presentan ninguna oposición al paso de la corriente eléctrica),
aislantes (no permiten el flujo de corriente), y resistivos (que presentan cierta
resistencia). Dentro de este último grupo se sitúan las resistencias. Es por esto
que se fabrican un tipo de componentes llamados resistores cuyo único objeto es
proporcionar en un pequeño tamaño una determinada resistencia, especificada
por el fabricante.
Las resistencias son componentes eléctricos pasivos en los que la tensión
instantánea aplicada es proporcional a la intensidad de corriente que circula por
ellos. Su unidad de medida es el ohmio (Ω).
El código de colores de las resistencias
Las resistencias, ver Figura 3 son elementos pasivos muy comunes en los
circuitos, ya que son indispensables en cualquier diseño eléctrico o electrónico.
Para identificar su valor se usa el llamado código de colores
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Figura 3 La Resistencia
La resistencia tiene un cuerpo cilíndrico de uno a dos centímetros de longitud,
con un segmento de alambre a cada lado. Las resistencias llevan grabadas sobre
su cuerpo unas bandas de color, en la Figura 4 la resistencia de la izquierda
muestra el método de codificación más difundido. En el cuerpo de la resistencia
hay 4 anillos de color que, se consideran a partir de un extremo y en dirección al
centro, el cual indica el valor óhmico de este componente. Esto es cierto para
resistencias de potencia pequeña (menor de 2 W.), ya que las de potencia mayor
generalmente llevan su valor impreso con números sobre su cuerpo.
Figura 4 Bandas de Resistencias
El número que corresponde al primer color indica la primera cifra, el segundo
color la segunda cifra y el tercer color indica el número de ceros que siguen a la
cifra obtenida, con lo que se tiene el valor efectivo de la resistencia. El cuarto
anillo, o su ausencia, indican la tolerancia.
La resistencia de la derecha, por su parte, tiene una banda más de color y es
que se trata de una resistencia de precisión. Éstas tienen tres cifras significativas
(al contrario que las anteriores, que tenían 2). En la siguiente tabla se puede ver
el código de colores de las resistencias.
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Tabla 1 Código de colores para resistencias
Valores Normalizados de Resistencias En la Tabla 2. se muestran los valores
normalizados de resistencias, que ayudará a encajarlas según valores
establecidos internacionalmente.
Tabla 2 Tolerancia de las Resistencias Eléctricas
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Resistencias en serie y paralelo Se dice que dos elementos están en serie si
se cumplen: 1. Sólo tienen una terminal en común. 2. Ningún otro elemento está
conectado a dicha terminal. Se deduce entonces que la corriente que pasa por
cada uno de los elementos en la conexión en serie es la misma. Para el caso de
resistencias conectadas en serie se puede hallar una resistencia equivalente solo
sumando las resistencias como lo muestra el ejemplo y la figura 5.
Figura 5 Resistencias en Serie
La otra conexión fundamental es la conexión en paralelo, que se define como
en el caso de la conexión en serie, la conexión en donde los elementos que la
conforman están conectados al mismo par de nodos y tienen entre sus terminales
el mismo voltaje. Se puede asumir que es una conexión donde cada elemento
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nuevo que llega conecta sus terminales a los mismos nodos donde se conecto el
elemento anterior.
De igual forma que en la conexión en serie, también se puede encontrar una
resistencia equivalente para varias resistencias conectadas en paralelo, como lo
muestra la Figura 6
Figura 6 Resistencias en Paralelo
La ecuación de la Figura 6, es utilizada para hallar la resistencia equivalente
de dos resistores en paralelo.
Ley de Ohm En 1827 el físico alemán Georg Simon Ohm (1787-1854), basado
en sus experimentos enunció, en un artículo titulado "El circuito galvánico
investigado matemáticamente", que el voltaje en las terminales de un conductor
es directamente proporcional a la corriente que fluye a través del mismo; este
enunciado reconocido muchos años después como la ley de Ohm, se expresa de
la siguiente manera:
V RI .1EcDonde R es la constante de proporcionalidad, denominada resistencia, cuya
unidad es el ohm, representada por la letra griega omega mayúscula (Ω).
De acuerdo con la ecuación V = RI se define que:
1V1 .2
1AEc
El símbolo de la resistencia se presenta en la Figura 7:
Figura 7 Símbolo de la Resistencia.
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Basándose en el concepto de resistencia se puede definir otros dos conceptos
importantes para el análisis de circuitos eléctricos.
Circuito abierto:
Se define como una resistencia infinita, es una interrupción del circuito por la
cual no puede ir o viajar una corriente, independientemente del voltaje que se
aplique entre las terminales que lo forman. Ver Figura 8.
Figura 8 Circuito Abierto.
Corto circuito:
Se define como una resistencia de cero ohms, es la conexión ideal entre dos
terminales de un circuito y por mayor que sea la corriente que atraviese esta
conexión, el voltaje sobre sus terminales es cero. Ver Figura 9.
Figura 9 Corto Circuito.
Transformación de fuentes
Mediante la transformación de fuentes y la simplificación, es posible obtener
en determinados circuitos, la fuente de tensión o intensidad equivalente respecto
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de dos puntos del mismo. Esto es lo mismo que proporcionan los teoremas de
Thevenin y Norton respectivamente.
Si se tiene una fuente de Voltaje en serie con una resistencia entre dos
terminales A y B esta puede ser transformada en una fuente de corriente en
paralelo con la misma resistencia entre los terminales A y B (y viceversa) ver
Figura 10, para calcular el valor del voltaje o la corriente se una la ley de Ohm.
Figura 10 Transformación de Fuentes
PROCEDIMIENTO
( ).
Resistores En Serie Y Paralelo.
1. Para el circuito de la Figura 11, calcular y medir para encontrar la
resistencia equivalente observada desde los nodos: (llenar la Tabla 3)
a. A-B
b. C-B
c. E-F
d. A-C
e. C-E
f. C-F
g. B-F
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Figura 11 Primer Montaje
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Tabla 3 Datos Circuito serie y paralelo
RESISTENCIA
EQUIVALENTE EN LOS
NODOS
CALCULADA MEDIDA
A-B
C-B
E-F
A-C
C-E
C-F
B-F
En el informe describa paso a paso cual es la técnica que utilizo para
encontrar la resistencia equivalente en cada punto.
Codigo de Colores.
2. Los siguientes cuadros de colores representan las bandas de una
resistencia de cuatro bandas, indique el valor de cada una de ellas y su
respectiva tolerancia
Figura 12 Actividad Código de Colores
Linealidad de la Resistencia.
3. Siga el procedimiento que se muestra a continuación:
a. Conecte el circuito como se muestra en la Figura 13. con la
resistencia de 1k y el switch abierto.
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Figura 13 Segundo Montaje
b. Ponga la fuente en 0v.
c. Ponga el Multímetro en serie con el circuito midiendo corriente.
d. Cierre el switch.
e. Documente los valores de la corriente cada vez que la fuente de
voltaje aumenta medio voltio desde 0v hasta 10v y póngalos en la
tabla 4.
Tabla 4 Linealidad de la Resistencia
Fuente de
Voltaje (v)
Corriente
Medida (A)
Corriente
Calculada
(A)
Fuente de
Voltaje (v)
Corriente
Medida (A)
Corriente
Calculada
(A)
0 5,5
0,5 6
1 6,5
1,5 7
2 7,5
2,5 8
3 8,5
3,5 9
4 9,5
4,5 10
5 10,5
f. Grafique en papel milimetrado los valores obtenidos en la tabla,
voltaje vs. corriente (voltaje en el eje vertical y corriente en el
horizontal) tiene que haber dos graficas corriente medida y calculada
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en el mismo plano. ¿La resistencia se comporta linealmente según el
cambio del voltaje? Justifique su respuesta en el informe.
Potencia Eléctrica
4. Monte el circuito como se muestra en la Figura 14
Figura 14 Tercer Montaje
a. Mida la potencia en cada una de las resistencias para ello use los dos
Multímetros, uno de ellos midiendo voltaje y el otro midiendo
corriente.
b. Mida la potencia total consumida por la carga total.
c. Diseñe una tabla para colocar los datos medidos y los calculados.
d. Compruebe que la sumatoria de las potencias suministradas es igual
que la sumatoria de las potencias absorbidas, tanto con los datos
calculados como con los suministrados
Transformación de Fuentes.
5. Investigar a cerca de:
a. Fuentes reales y fuentes ideales (de corriente y voltaje).
b. Resistencia interna de las fuentes Transformación de fuentes
c. Que son fuentes independientes y fuentes controladas.
d. Realice el análisis del circuito que se presenta en al Figura 15, halle
voltajes y corrientes en cada uno de los elementos y total del circuito.
(este punto se soluciona analíticamente).
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Figura 15 Transformacion Básica de Fuentes
e. Haga la transformación de fuente de corriente a una de voltaje y
monte el circuito resultante. Compruebe el valor de corrientes y
voltajes en cada uno de los elementos y en la totalidad del circuito.
Elabore una tabla con la totalidad de los cálculos.
Recuerde que el día del laboratorio debe entregar la hoja de los cálculos
analíticos correspondientes a la guía.
REFERENCIAS
1. Thomas, Roland E. “The Analysis and Design of Linear Circuits” 4th ed, Ed
Wiley, 2004.
2. Boylestad, Robert L “Introducción al Análisis de Circuitos” 10a ed, Ed
Pearson, 2004.
3. Dorf, Richard C. “Circuitos Eléctricos. Introducción al Análisis y Diseño” 5a
ed, Ed Alfa Omega S.A, 2003.