Contenido
- Los fundamentos de los circuitos eléctricos
- Circuitos serie versus paralelo
- Cálculo de resistencia para un circuito en serie
- Cálculo de resistencia para un circuito paralelo
- Cómo resolver un circuito combinado serie y paralelo
- Otros cálculos
Conocer los conceptos básicos de la electrónica significa comprender los circuitos, cómo funcionan y cómo calcular cosas como la resistencia total alrededor de los diferentes tipos de circuitos. Los circuitos del mundo real pueden complicarse, pero puede comprenderlos con los conocimientos básicos que obtiene de los circuitos más simples e idealizados.
Los dos tipos principales de circuitos son en serie y en paralelo. En un circuito en serie, todos los componentes (como las resistencias) están dispuestos en una línea, con un solo bucle de cable que forma el circuito. Un circuito paralelo se divide en múltiples caminos con uno o más componentes en cada uno. Calcular los circuitos en serie es fácil, pero es importante comprender las diferencias y cómo trabajar con ambos tipos.
Los fundamentos de los circuitos eléctricos
La electricidad solo fluye en los circuitos. En otras palabras, necesita un ciclo completo para que algo funcione. Si rompe ese bucle con un interruptor, la energía deja de fluir y su luz (por ejemplo) se apagará. Una definición de circuito simple es un circuito cerrado de un conductor por el que los electrones pueden viajar, que generalmente consiste en una fuente de alimentación (una batería, por ejemplo) y un componente o dispositivo eléctrico (como una resistencia o una bombilla) y un cable conductor.
Deberá familiarizarse con cierta terminología básica para comprender cómo funcionan los circuitos, pero estará familiarizado con la mayoría de los términos de la vida cotidiana.
Una "diferencia de voltaje" es un término para la diferencia en la energía potencial eléctrica entre dos lugares, por unidad de carga. Las baterías funcionan creando una diferencia de potencial entre sus dos terminales, lo que permite que una corriente fluya de una a otra cuando están conectadas en un circuito. El potencial en un punto es técnicamente el voltaje, pero las diferencias en el voltaje son lo importante en la práctica. Una batería de 5 voltios tiene una diferencia de potencial de 5 voltios entre los dos terminales, y 1 voltio = 1 julio por culombio.
Conectar un conductor (como un cable) a ambos terminales de una batería crea un circuito, con una corriente eléctrica que fluye a su alrededor. La corriente se mide en amperios, lo que significa coulombs (de carga) por segundo.
Cualquier conductor tendrá "resistencia" eléctrica, lo que significa la oposición del material al flujo de corriente. La resistencia se mide en ohmios (Ω), y un conductor con 1 ohmio de resistencia conectado a un voltaje de 1 volt permitiría que fluya una corriente de 1 amperio.
La relación entre estos está encapsulada por la ley de Ohm:
V = IR
En palabras, "el voltaje es igual a la corriente multiplicada por la resistencia".
Circuitos serie versus paralelo
Los dos tipos principales de circuitos se distinguen por cómo se organizan los componentes en ellos.
Una definición simple de circuito en serie es: "Un circuito con los componentes dispuestos en línea recta, por lo que toda la corriente fluye a través de cada componente a su vez". Si realizó un circuito de bucle básico con una batería conectada a dos resistencias, y luego tiene Una conexión que vuelve a la batería, las dos resistencias estarían en serie. Por lo tanto, la corriente iría desde el terminal positivo de la batería (por convención, se trata la corriente como si saliera del extremo positivo) a la primera resistencia, desde esa a la segunda resistencia y luego de vuelta a la batería.
Un circuito paralelo es diferente. Un circuito con dos resistencias en paralelo se dividiría en dos pistas, con una resistencia en cada una. Cuando la corriente alcanza una unión, la misma cantidad de corriente que ingresa a la unión también tiene que salir de la unión. Esto se llama conservación de la carga, o específicamente para la electrónica, la ley actual de Kirchhoff. Si los dos caminos tienen la misma resistencia, una corriente igual fluirá por ellos, de modo que si 6 amperios de corriente alcanzan una unión con igual resistencia en ambos caminos, 3 amperios fluirán por cada uno. Los caminos se vuelven a unir antes de volver a conectarse a la batería para completar el circuito.
Cálculo de resistencia para un circuito en serie
El cálculo de la resistencia total de resistencias múltiples enfatiza la distinción entre circuitos en serie y en paralelo. Para un circuito en serie, la resistencia total (Rtotal) es solo la suma de las resistencias individuales, entonces:
R_ {total} = R_1 + R_2 + R_3 + ...El hecho de que sea un circuito en serie significa que la resistencia total en el camino es solo la suma de las resistencias individuales en él.
Para un problema de práctica, imagine un circuito en serie con tres resistencias: R1 = 2 Ω, R2 = 4 Ω y R3 = 6 Ω. Calcule la resistencia total en el circuito.
Esto es simplemente la suma de las resistencias individuales, por lo que la solución es:
begin {alineado} R_ {total} & = R_1 + R_2 + R_3 & = 2 ; Omega ; + 4 ; Omega ; +6 ; Omega & = 12 ; Omega end {alineado}Cálculo de resistencia para un circuito paralelo
Para circuitos paralelos, el cálculo de Rtotal Es un poco más complicado. La formula es:
{1 above {2pt} R_ {total}} = {1 above {2pt} R_1} + {1 above {2pt} R_2} + {1 above {2pt} R_3}Recuerde que esta fórmula le da el recíproco de la resistencia (es decir, uno dividido por la resistencia). Por lo tanto, debe dividir uno por la respuesta para obtener la resistencia total.
Imagine que esas mismas tres resistencias de antes estaban dispuestas en paralelo en su lugar. La resistencia total estaría dada por:
begin {alineado} {1 above {2pt} R_ {total}} & = {1 above {2pt} R_1} + {1 above {2pt} R_2} + {1 above {2pt} R_3} & = {1 arriba {2pt} 2 ; Ω} + {1 arriba {2pt} 4 ; Ω} + {1 arriba {2pt} 6 ; Ω} & = {6 arriba {2pt} 12 ; Ω} + {3 arriba {2pt} 12 ; Ω} + {2 arriba {2pt} 12 ; Ω} & = {11 arriba {2pt} 12Ω} & = 0.917 ; Ω ^ {- 1} end {alineado}Pero esto es 1 / Rtotal, entonces la respuesta es:
begin {alineado} R_ {total} & = {1 above {2pt} 0.917 ; Ω ^ {- 1}} & = 1.09 ; Omega end {alineado}Cómo resolver un circuito combinado serie y paralelo
Puede dividir todos los circuitos en combinaciones de circuitos en serie y en paralelo. Una rama de un circuito paralelo podría tener tres componentes en serie, y un circuito podría estar compuesto por una serie de tres secciones paralelas y ramificadas en una fila.
Resolver problemas como este solo significa dividir el circuito en secciones y resolverlas por turnos. Considere un ejemplo simple, donde hay tres ramas en un circuito paralelo, pero una de esas ramas tiene una serie de tres resistencias conectadas.
El truco para resolver el problema es incorporar el cálculo de la resistencia en serie al más grande para todo el circuito. Para un circuito paralelo, debe usar la expresión:
{1 above {2pt} R_ {total}} = {1 above {2pt} R_1} + {1 above {2pt} R_2} + {1 above {2pt} R_3}Pero la primera rama R1, está hecho de tres resistencias diferentes en serie. Entonces, si te enfocas en esto primero, sabes que:
R_1 = R_4 + R_5 + R_6Imagina eso R4 = 12 Ω, R5 = 5 Ω y R6 = 3 Ω. La resistencia total es:
begin {alineado} R_1 & = R_4 + R_5 + R_6 & = 12 ; Omega ; + 5 ; Omega ; + 3 ; Omega & = 20 ; Omega end {alineado}Con este resultado para la primera rama, puede pasar al problema principal. Con una sola resistencia en cada una de las rutas restantes, diga que R2 = 40 Ω y R3 = 10 Ω. Ahora puede calcular:
begin {alineado} {1 above {2pt} R_ {total}} & = {1 above {2pt} R_1} + {1 above {2pt} R_2} + {1 above {2pt} R_3} & = {1 arriba {2pt} 20 ; Ω} + {1 arriba {2pt} 40 ; Ω} + {1 arriba {2pt} 10 ; Ω} & = {2 arriba {2pt} 40 ; Ω} + {1 arriba {2pt} 40 ; Ω} + {4 arriba {2pt} 40 ; Ω} & = {7 arriba {2pt} 40 ; Ω} & = 0.175 ; Ω ^ {- 1} end {alineado}Entonces eso significa:
begin {alineado} R_ {total} & = {1 above {2pt} 0.175 ; Ω ^ {- 1}} & = 5.7 ; Omega end {alineado}Otros cálculos
La resistencia es mucho más fácil de calcular en un circuito en serie que en un circuito en paralelo, pero ese no es siempre el caso. Las ecuaciones para capacitancia (C) en circuitos en serie y en paralelo, básicamente funcionan al revés. Para un circuito en serie, tiene una ecuación para el recíproco de capacitancia, por lo que calcula la capacitancia total (Ctotal) con:
{1 above {2pt} C_ {total}} = {1 above {2pt} C_1} + {1 above {2pt} C_2} + {1 above {2pt} C_3} + ....Y luego tienes que dividir uno por este resultado para encontrar Ctotal.
Para un circuito paralelo tienes una ecuación más simple:
C_ {total} = C_1 + C_2 + C_3 + ....Sin embargo, el enfoque básico para resolver problemas con circuitos en serie versus en paralelo es el mismo.