Teoría de circuitos DC (Corriente Contínua)

Teoría de circuitos DC. Es la base para comprender los fundamentos y análisis sobre circuitos eléctricos y determina mediante la ley de Ohm la corriente y tensión en cada punto del circuito.

Primer capítulo sobre teoría de circuitos DC

teoria de circuitos DC

Introducción:

Todos los materiales están formados por átomos, y todos los átomos consisten en protones, neutrones y electrones. Los protones tienen una carga eléctrica positiva. Los neutrones no tienen carga eléctrica (es decir, son neutros), mientras que los electrones tienen una carga eléctrica negativa. Los átomos están unidos por poderosas fuerzas de atracción que existen entre el núcleo de los átomos y los electrones en su capa externa.

Cuando estos protones, neutrones y electrones están juntos dentro del átomo, son felices y estables. Pero si los separamos unos de otros, quieren reformar y comenzar a ejercer un potencial de atracción llamado diferencia de potencial .

Ahora, si creamos un circuito cerrado, estos electrones sueltos comenzarán a moverse y regresar a los protones debido a su atracción creando un flujo de electrones. Este flujo de electrones se llama corriente eléctrica . Los electrones no fluyen libremente a través del circuito ya que el material a través del cual se mueven crea una restricción al flujo de electrones. Esta restricción se llama resistencia .

Entonces, todos los circuitos eléctricos o electrónicos básicos consisten en tres cantidades eléctricas separadas pero muy relacionadas llamadas: Voltaje, (v), Corriente, (i) y Resistencia, (Ω).

Capítulo 1

Voltaje eléctrico

El voltaje (  V  ) es la energía potencial de un suministro eléctrico almacenado en forma de carga eléctrica. El voltaje puede considerarse como la fuerza que empuja a los electrones a través de un conductor y cuanto mayor es el voltaje, mayor es su capacidad de «empujar» los electrones a través de un circuito dado. Como la energía tiene la capacidad de hacer trabajo, esta energía potencial puede describirse como el trabajo requerido en julios para mover electrones en forma de corriente eléctrica alrededor de un circuito de un punto o nodo a otro.

Entonces, la diferencia de voltaje entre dos puntos, conexiones o uniones (llamados nodos) en un circuito se conoce como la diferencia de potencial , (pd) comúnmente llamada caída de voltaje .

La diferencia de potencial entre dos puntos se mide en voltios con el símbolo de circuito V , o minúscula “ v “, aunque la energía , E minúscula ‘ e ’ a veces se usa para indicar una emf generada (fuerza electromotriz). Entonces, cuanto mayor es el voltaje, mayor es la presión (o fuerza de empuje) y mayor es la capacidad de hacer el trabajo.

Una fuente de tensión constante se llama un voltaje de CC con una tensión que varía periódicamente con el tiempo se denomina una tensión de corriente alterna . El voltaje se mide en voltios, definiéndose un voltio como la presión eléctrica requerida para forzar una corriente eléctrica de un amperio a través de una resistencia de un Ohm. Los voltajes generalmente se expresan en voltios con prefijos utilizados para denotar submúltiplos del voltaje, como microvoltios ( μV = 10-6 V ), milivoltios ( mV = 10 -3 V ) o kilovoltios ( kV = 10 3 V ). El voltaje puede ser positivo o negativo.

Las baterías o las fuentes de alimentación se utilizan principalmente para producir una fuente de voltaje de CC (corriente continua) estable, como 5v, 12v, 24v, etc. en circuitos y sistemas electrónicos. Mientras que las fuentes de voltaje de CA (corriente alterna) están disponibles para la energía doméstica e industrial y la iluminación, así como para la transmisión de energía. El suministro de tensión de red en el Reino Unido es actualmente de 230 voltios de corriente alterna y 110 voltios de corriente alterna en los Estados Unidos.

Los circuitos electrónicos generales funcionan con suministros de batería de CC de baja tensión de entre 1,5 V y 24 V CC. El símbolo del circuito para una fuente de voltaje constante generalmente se proporciona como un símbolo de batería con un signo positivo, + y negativo, – que indica la dirección de la polaridad. El símbolo del circuito para una fuente de voltaje alterna es un círculo con una onda sinusoidal en su interior.

Símbolos de voltaje

Simbolos del Voltaje

Se puede establecer una relación simple entre un tanque de agua y un suministro de voltaje. Cuanto mayor sea el tanque de agua sobre la salida, mayor será la presión del agua a medida que se libera más energía, mayor es el voltaje, mayor es la energía potencial a medida que se liberan más electrones.

El voltaje siempre se mide como la diferencia entre dos puntos en un circuito y el voltaje entre estos dos puntos se conoce generalmente como la » caída de voltaje «. Tenga en cuenta que el voltaje puede existir en un circuito sin corriente, pero la corriente no puede existir sin voltaje y, como tal, cualquier fuente de voltaje, ya sea CC o CA, le gusta una condición de circuito abierto o semiabierto, pero odia cualquier condición de cortocircuito ya que esto puede destruirlo.

Corriente eléctrica

Corriente eléctrica , (  I  ) es el movimiento o flujo de carga eléctrica y se mide en amperios , símbolo i , para intensidad ). Es el flujo continuo y uniforme (llamado deriva) de electrones (las partículas negativas de un átomo) alrededor de un circuito que está siendo «empujado» por la fuente de voltaje. En realidad, los electrones fluyen desde el terminal negativo (–ve) al terminal positivo (+ ve) del suministro y, para facilitar la comprensión del circuito, el flujo de corriente convencional supone que la corriente fluye desde el terminal positivo al negativo.

Generalmente en los diagramas de circuito, el flujo de corriente a través del circuito generalmente tiene una flecha asociada con el símbolo, I , o minúscula i para indicar la dirección real del flujo de corriente. Sin embargo, esta flecha generalmente indica la dirección del flujo de corriente convencional y no necesariamente la dirección del flujo real.

Flujo de corriente convencional

Flujo de corriente convencional

Convencionalmente, este es el flujo de carga positiva alrededor de un circuito, que es positivo a negativo. El diagrama a la izquierda muestra el movimiento de la carga positiva (agujeros) alrededor de un circuito cerrado que fluye desde el terminal positivo de la batería, a través del circuito y regresa al terminal negativo de la batería. Este flujo de corriente de positivo a negativo se conoce generalmente como flujo de corriente convencional.

Esta fue la convención elegida durante el descubrimiento de la electricidad en la que se pensaba que la dirección de la corriente eléctrica fluía en un circuito. Para continuar con esta línea de pensamiento, en todos los diagramas y esquemas de circuitos, las flechas que se muestran en los símbolos de componentes como diodos y transistores apuntan en la dirección del flujo de corriente convencional.

Luego , el flujo de corriente convencional da el flujo de corriente eléctrica de positivo a negativo y que es lo opuesto en dirección al flujo real de electrones.

Flujo de electrones

Flujo de electrones

El flujo de electrones alrededor del circuito es opuesto a la dirección del flujo de corriente convencional que es negativa a positiva. La corriente real que fluye en un circuito eléctrico está compuesta de electrones que fluyen desde el polo negativo de la batería (el cátodo) y regresan al polo positivo (el ánodo) de la batería.

Esto se debe a que la carga en un electrón es negativa por definición y, por lo tanto, se siente atraída por el terminal positivo. Este flujo de electrones se llama flujo de electrones actual . Por lo tanto, los electrones realmente fluyen alrededor de un circuito desde el terminal negativo al positivo.

Tanto el flujo de corriente convencional y el flujo de electrones son utilizadas por muchos libros de texto. De hecho, no importa de qué manera la corriente fluye alrededor del circuito siempre que la dirección se use de manera consistente. La dirección del flujo de corriente no afecta lo que hace la corriente dentro del circuito. En general, es mucho más fácil comprender el flujo de corriente convencional, positivo a negativo.

En los circuitos electrónicos, una fuente de corriente es un elemento de circuito que proporciona una cantidad específica de corriente, por ejemplo, 1A, 5A 10 Amps, etc., con el símbolo del circuito para una fuente de corriente constante dado como un círculo con una flecha dentro que indica su dirección.

La corriente se mide en amperios y un amperio o amperio se define como el número de electrones o carga ( Q en Coulombs) que pasa un cierto punto en el circuito en un segundo, ( t en segundos).

La corriente eléctrica generalmente se expresa en amperios con prefijos utilizados para denotar microamperios (  μA = 10-6 A  ) o miliamperios (  mA = 10 -3 A  ). Tenga en cuenta que la corriente eléctrica puede ser de valor positivo o negativo en función de su dirección de flujo alrededor del circuito.

Corriente que fluye en una sola dirección se llama corriente directa o DC y la corriente que alterna de ida y vuelta a través del circuito se conoce como corriente alterna , o AC . Si la corriente de CA o CC solo fluye a través de un circuito cuando una fuente de voltaje está conectada a él con su «flujo» limitado tanto a la resistencia del circuito como a la fuente de voltaje que lo empuja.

Además, como las corrientes alternas (y los voltajes) son periódicas y varían con el tiempo, el valor «efectivo» o «RMS» (Root Mean Squared) dado como I rms produce la misma pérdida de potencia promedio equivalente a una corriente de CC I promedio  . Las fuentes de corriente son lo opuesto a las fuentes de voltaje en que les gustan las condiciones de circuito cerrado o corto pero odian las condiciones de circuito abierto ya que no fluirá corriente.

Usando la relación tanque de agua, la corriente es el equivalente del flujo de agua a través de la tubería con el mismo flujo en toda la tubería. Cuanto más rápido es el flujo de agua, mayor es la corriente. Tenga en cuenta que la corriente no puede existir sin voltaje, por lo que a cualquier fuente de corriente, ya sea CC o CA, le gusta una condición de circuito corto o semi-corto, pero odia cualquier condición de circuito abierto, ya que esto evita que fluya.

Resistencia

Resistencia , (  R  ) es la capacidad de un material para resistir o evitar el flujo de corriente o, más específicamente, el flujo de carga eléctrica dentro de un circuito. El elemento del circuito que hace esto perfectamente se llama «Resistencia».

La resistencia es un elemento de circuito medido en ohmios , símbolo griego ( Ω , Omega) con prefijos utilizados para denotar kiloohmios (  kΩ = 10 3 Ω  ) y megaohmios (  MΩ = 10 6 Ω  ). Tenga en cuenta que la resistencia no puede ser negativa en valor solo positivo.

Símbolos de resistencia

Simbolos de resistencia

La cantidad de resistencia que tiene una resistencia está determinada por la relación de la corriente a través de ella con el voltaje que lo atraviesa, lo que determina si el elemento del circuito es un «buen conductor» – baja resistencia, o un «mal conductor» – alta resistencia. La baja resistencia, por ejemplo 1Ω o menos, implica que el circuito es un buen conductor hecho de materiales como cobre, aluminio o carbono, mientras que una alta resistencia, 1MΩ o más implica que el circuito es un mal conductor hecho de materiales aislantes como vidrio, porcelana. o de plástico.

Por otro lado, un «semiconductor», como el silicio o el germanio, es un material cuya resistencia está a medio camino entre la de un buen conductor y un buen aislante. De ahí el nombre de «semiconductor». Los semiconductores se utilizan para fabricar diodos y transistores, etc.

La resistencia puede ser lineal o no lineal, pero nunca negativa. La resistencia lineal obedece la Ley de Ohm ya que el voltaje a través de la resistencia es linealmente proporcional a la corriente que lo atraviesa. La resistencia no lineal no obedece la Ley de Ohm, pero tiene una caída de voltaje que es proporcional a cierta potencia de la corriente.

La resistencia es pura y no se ve afectada por la frecuencia, ya que la impedancia de CA de una resistencia es igual a su resistencia de CC y, como resultado, no puede ser negativa. Recuerde que la resistencia siempre es positiva y nunca negativa.

Circuitos pasivos

Una resistencia se clasifica como un elemento de circuito pasivo y, como tal, no puede suministrar energía ni almacenar energía. En cambio, las resistencias absorbieron energía que aparece como calor y luz. La potencia en una resistencia siempre es positiva, independientemente de la polaridad del voltaje y la dirección de la corriente.

Para valores muy bajos de resistencia, por ejemplo mili-ohmios, (  mΩ  ) a veces es mucho más fácil usar el recíproco de resistencia (  1 / R  ) en lugar de la resistencia (  R  ) en sí. El recíproco de resistencia se llama Conductancia , símbolo (  G  ) y representa la capacidad de un conductor o dispositivo para conducir electricidad.

En otras palabras, la facilidad con la que fluye la corriente. Los valores altos de conductancia implican un buen conductor como el cobre, mientras que los valores bajos de conductancia implican un mal conductor como la madera. La unidad de medida estándar dada para la conductancia es el Siemen , símbolo ( S ).

La unidad utilizada para la conductancia es mho (ohmios deletreado al revés), que se simboliza con un signo de Ohm invertido ℧ . Power también se puede expresar utilizando la conductancia como: p = i 2 / G = v 2 G .

La relación entre Voltaje , (  v  ) y Corriente , (  i  ) en un circuito de Resistencia constante , (  R  ) produciría una relación de línea recta iv con pendiente igual al valor de la resistencia como se muestra.

Relacion entre voltaje y corriente

Resumen de voltaje, corriente y resistencia

Con suerte, ahora debería tener alguna idea de cómo el voltaje eléctrico , la corriente y la resistencia están estrechamente relacionados entre sí. La relación entre voltaje , corriente y resistencia forma la base de la ley de Ohm. En un circuito lineal de resistencia fija, si aumentamos el voltaje, la corriente aumenta y, de manera similar, si disminuimos el voltaje, la corriente disminuye. Esto significa que si el voltaje es alto, la corriente es alta, y si el voltaje es bajo, la corriente es baja.

Del mismo modo, si aumentamos la resistencia, la corriente disminuye para un voltaje dado y si disminuimos la resistencia, la corriente aumenta. Lo que significa que si la resistencia es alta, la corriente es baja y si la resistencia es baja, la corriente es alta.

Entonces podemos ver que el flujo de corriente alrededor de un circuito es directamente proporcional (  ∝  ) al voltaje, (  V ↑  causa  I ↑  ) pero inversamente proporcional (  1 / ∝  ) a la resistencia como, (  R ↑  causa  I ↓  ).

A continuación se ofrece un resumen básico de las tres unidades.

  • La diferencia de voltaje o potencial es la medida de la energía potencial entre dos puntos en un circuito y se conoce comúnmente como su »  caída de voltios«.
  • Cuando una fuente de voltaje está conectada a un circuito de circuito cerrado, el voltaje producirá una corriente que fluye alrededor del circuito.
  • En las fuentes de voltaje de CC, los símbolos + ve (positivo) y −ve (negativo) se usan para denotar la polaridad del suministro de voltaje.
  • El voltaje se mide en  voltiosy tiene el símbolo V para voltaje o E para energía eléctrica.
  • El flujo de corriente es una combinación de flujo de electrones y flujo de agujeros a través de un circuito.
  • Actual es el flujo continuo y uniforme de la carga en el circuito y se mide en AmperiosAmperios y tiene el símbolo I .
  • La corriente es directamente proporcional al voltaje (  I ∝ V)
  • El valor efectivo (rms) de una corriente alterna tiene la misma pérdida de potencia promedio equivalente a una corriente continua que fluye a través de un elemento resistivo.
  • La resistencia es la oposición a la corriente que fluye alrededor de un circuito.
  • Los valores bajos de resistencia implican un conductor y los valores altos de resistencia implican un aislante.
  • La corriente es inversamente proporcional a la resistencia (  I 1 / ∝ R)
  • La resistencia se mide en ohmiosy tiene el símbolo griego Ω o la letra R .
Cantidad Símbolo Unidad de medida Abreviatura
voltaje o E Voltio V
Corriente yo Amperio UNA
Resistencia R Ohmios Ω

En el próximo tutorial sobre Circuitos DC veremos la Ley de Ohm, que es una ecuación matemática que explica la relación entre Voltaje, Corriente y Resistencia dentro de los circuitos eléctricos y es la base de la electrónica y la ingeniería eléctrica. Ley de Ohm se define como: V = I * R.

Fin del Capítulo 1

Admin

Me llamo Joan Mengual y durante toda mi vida he sido Electrónico. llevo tiempo escribiendo en este blog y de manera altruista voy impartiendo mis conocimientos y mi pasión por la electrónica.

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