fundamentos de electricidad y electrónica i

8/18/2019 Fundamentos de Electricidad y Electrónica I

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FUNDAMENTOSDE

ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

1ª PARTE

Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I

Intoducc!#n

Al$unos conce%tos&

•Tens!#n o 'olta(e& Es la )ue a%aece en lostem!nales de un $eneado de *ue+a electomot!+,*em- como %uede se una %!la. una /ate0a. unaltenado. etc La tens!#n se m!de en 'olt!os ,2- " suscoes%ond!entes m3lt!%los " su/m3lt!%los ,42. m2.52- Se e%esenta con la leta 2

•Intens!dad o co!ente& Cuando se esta/lece uncam!no ceado ente los tem!nales de una *em,cam!no )ue de/e tene una R≠6- se %oduce unac!culac!#n de co!ente de/!da al mo'!m!ento de los

electones La co!ente se m!de en am%e!os ,A- " suscoes%ond!entes su/m3lt!%los ,mA. 5A- See%esenta con la leta I

2


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Intoducc!#n ,cont-

•Res!stenc!a& Es la o%os!c!#n al %aso de la co!enteel7ct!ca Todo elemento conducto el7ct!co. %esentam8s o menos es!stenc!a al %aso de la co!ente,ca/le. /om/!lla. es!sto- La es!stenc!a se m!de enO9m!os ,Ω- " sus coes%ond!entes m3lt!%los ,MΩ. 4Ω-Se e%esenta con la leta R

Le" de O9m

• La co!ente )ue c!cula a ta'7s de un conducto oc!cu!to es d!ectamente %o%oc!onal a la tens!#n,*em- a%l!cada a d!c9o conducto o c!cu!to e

!n'esamente %o%oc!onal a la es!stenc!a %esentada%o d!c9o conducto o c!cu!to

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I = V / R


C!cu!tos de co!ente cont!nua : DC # CC :

• La co!ente cont!nua es a)uella )ue c!cula s!em%een el m!smo sent!do ,no cam/!a de %ola!dad- " t!ene

un 'alo constante ,%aa co!ente cont!nua %ua o!deal-

• La co!ente cont!nua es %oduc!da %o $eneadoes,*uentes- de tens!#n ,*em- cont!nua tales como una%!la. una /ate0a o una *uente de al!mentac!#nelect#n!ca

• En la eal!dad las *uentes de tens!#n cont!nua no%esentan un 'alo de tens!#n constante. s!no )ue%esentan unas %e)ue;as 'a!ac!ones. a estas

'a!ac!ones se las denom!na


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,cont-

A%l!cac!#n de la Le" de O9m a un c!cu!to deco!ente cont!nua

C8lculo de la co!ente&5

I = V / R = 12 V / 6 Ω = 2 A

Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca IC!cu!tos de co!ente cont!nua : DC #

CC : ,cont-


C8lculo de la tens!#n&

6

I = V / R → V = I x R = 8 x 10-3 A x 2,2 x 103 Ω = 17,6 V


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,cont-


C8lculo de la es!stenc!a&

7

I = V / R → R = V / I = 9 V / 2 x 10 -3 A = 4,5 x 103 Ω = 4,5 K = 4K5



,cont-

Oto conce%to&

Potenc!a el7ct!ca& Una ca$a ,es!stenc!a. /om/!lla.moto. etc- consume co!ente de la *uente de tens!#ncont!nua a la )ue est8 conectada Esta co!enteconsum!da de la *uente 9ace )ue se d!s!%e una%otenc!a en la ca$a en *oma de calo ,es!stenc!a-.de lu+ " calo ,/om/!lla-. en un mo'!m!ento mec8n!co" calo ,moto- Se %uede dec! )ue una ca$a es untansducto de ene$0a. es dec!. con'!ete la ene$0ael7ct!ca consum!da de la *uente de tens!#n en oto

t!%o de ene$0a La %otenc!a se m!de en 'at!os ,>- "sus coes%ond!entes m3lt!%los ,4>. M>- "su/m3lt!%los ,m>- Se e%esenta con la leta P

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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca IC!cu!tos de co!ente cont!nua : DC #

CC : ,cont-

• La %otenc!a se elac!ona con otas

ma$n!tudes el7ct!cas se$3n&

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P = V x I P = R x I2 P = V2 / R


C!cu!tos de co!ente cont!nua :

DC # CC : ,cont-

C8lculo de la %otenc!a. conoc!endo latens!#n " la es!stenc!a&

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P = V2 / R = 92 V / 1,5 x 103 = 54 x 10-3 W = 54 mW


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C!cu!tos de co!ente cont!nua : DC

# CC : ,cont-

C!cu!tos se!e&

• Paa *oma c!cu!tos en se!e. los elementos,es!stenc!as. /om/!llas- a conecta se 'anun!endo ,conectando- a ta'7s de uno s#lo desus tem!nales. desde un tem!nal de la*uente de tens!#n 9asta cea el c!cu!to ata'7s del oto tem!nal de la *uente ,'e*!$ua. %aa el caso de es!stenc!as-

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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca IC!cu!tos de co!ente cont!nua : DC

# CC : ,cont-

C!cu!tos se!e ,cont-&

• Todo c!cu!to *omado %o n elementos

conectados en se!e %uede se tans*omado ae*ectos el7ct!cos " de c8lculo. en oto c!cu!todonde esos n elementos 9an s!do sust!tu!dos %ouno de 'alo e)u!'alente ,es!stenc!a total. en elcaso de es!stenc!as-

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RS = R1+R2+R3+R4


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C8lculo de la es!stenc!a e)u!'alente&

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Rs = R1+R2+R3+R4 = 1 x 103 Ω + 1,5 x 103 Ω + 2 x 103Ω + 3 x 103Ω = 7,5 x 103Ω = 7,5 K Ω



• La co!ente )ue c!cula %o cada uno de loselementos conectados en se!e es la m!sma

• La suma de cada una de las ca0das de tens!#n es

!$ual a la tens!#n de la *uente a%l!cada ,Le" delas tens!ones de 4!c9o**-

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C!cu!tos se!e ,cont- D!'!so de

tens!#n&

• Las *uentes de tens!#n tales como %!las o /ate0as.%oseen 'aloes t0%!cos de 1.?@ @ B@ 1 'olt!os A 'ecesse neces!ta un 'alo de tens!#n d!*eente %aa o%eaen un c!cu!to

• Esta tens!#n se %uede o/tene a %at! de un c!cu!tose!e med!ante el uso del d!'!so de tens!#n ,'e *!$uaC-

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Vout = Vin x R 3 / (R 1+R 2+R 3)

Vout = 12 V x 2 K Ω / (1 K Ω + 3 K Ω + 2 K Ω ) = 4 V


C!cu!tos %aalelo&

• A d!*eenc!a de los c!cu!tos se!e. en los )ue 9a/0a unsolo cam!no %aa la c!culac!#n de la co!ente. en los

c!cu!tos %aalelo 'an a e!st! 'a!os cam!nos a ta'7sde los cuales 'a a c!cula una co!ente ,'e *!$ua1,/--

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1/R p= 1/R

1 + 1/R

2... R p = R 1 x R 2 / (R 1 + R 2)


C!cu!tos %aalelo ,cont-&

C8lculo de la es!stenc!a e)u!'alente&

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1/R p = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 = 1/1,2 K Ω + 1/1,5 K Ω + 1/2,2 K Ω ≈ 511Ω


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C!cu!tos %aalelo ,cont-&

• La tens!#n a%l!cada a cada uno de los elementosconectados en %aalelo es la m!sma En este caso 2s

• La suma de la co!ente )ue c!cula %o cada una de

las amas es !$ual a la !ntens!dad consum!da de la*uente de tens!#n ,IT- ,Le" de las co!entes de4!c9o**-

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Vs VsVs

Calcular IT


C!cu!tos de co!ente cont!nua : DC # CC : ,cont-

C!cu!tos %aalelo ,cont- D!'!so de co!ente&

• La co!ente )ue enta a un nudo. %e el de la *!$ua. se d!'!de en dos %ates I1 e I)ue c!culan a ta'7s de las es!stenc!as conectadas al nudo

Ecuac!#n del nudo

#mula del d!'!so de co!ente

•

20

3

10 V1 K680

I1 = IIN x R 2 / (R 1 + R 2)

II = 10 V / (R 3 + (R 1 // R 2) ) = 16 mAI1 = 16 x 10-3 x 1 x 103 / (1 x 103 + 680) = 9,52 mA

220

R 3

IN = I1 + I2

Se ut!l!+a el m!smo a+onam!ento %aa el nudo


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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca IC!cu!tos m!tos& Po/lema 1

De acuedo con el c!cu!to de la *!$ua 1 ,d!a%

s!$u!ente-&

a Real!+a los c8lculos en cada uno de los c!cu!tos!ntemed!os. %aa o/tene al *!nal el 'alo de laes!stenc!a e)u!'alente

/ S! le a%l!camos ente sus etemos A " una tens!#nde 1 2. calcula el 'alo de la !ntens!dad sum!n!stada%o la *uente " la %otenc!a ente$ada

c Calcula %aa cada una de las es!stenc!as&

Intens!dad )ue c!cula a ta'7s de ella

Ca0da de tens!#n ente sus etemos

Potenc!a d!s!%ada ,e * o ma de ca lo - 1

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C!cu!tos m!tos ,cont-&

Po/lema 1 ,cont-

22

A

B


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Po/lema 1 ,cont-

C8lculos ,a%atado a-&

23

A

B



Po/lema 1 ,cont-

C8lculos ,cont!nuac!#n a%atado a-&

24

A

B


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Po/lema 1 ,cont-


25

A

B



Po/lema 1 ,cont-


26

A

B


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Po/lema 1 ,cont-

C8lculos ,a%atado /-&

C8lculos ,a%atado c-&

27

I T =

V AB

RT

=

12

258=46,5mA P

Ent =V

AB⋅ I

T =12V⋅46,5mA=558mW


C!cu!tos de co!ente cont!nua : DC # CC : ,cont-

Po/lema

Se %etende conecta una /om/!lla de 26.?> a una /ate0a de G 2 se$3n eles)uema de la *!$ua 1 Calcula la es!stenc!a ,R- l!m!tadoa de la /om/!lla ,elc8lculo de una es!stenc!a. !m%l!ca %o un lado o/tene su 'alo #9m!co " %o otodetem!na el 'alo de la %otenc!a-

C8lculos&

Hu7 'alo !nd!ca8 el am%e0metoJ

28

24 v 6V/0,25W


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El %otenc!#meto " la es!stenc!a

a(usta/le&

• Es una es!stenc!a 'a!a/le )ue t!ene tes tem!nales

• El tem!nal cental es el denom!nado cuso. " %uede

des%la+ase a lo la$o de la es!stenc!a *omada entelos etemos de los otos dos tem!nales

• Ente el cuso " oto cual)u!ea de los otos dostem!nales. conse$u!mos 'a!a el 'alo de laes!stenc!a del %otenc!#meto. s!n m8s )ue des%la+ala %os!c!#n del cuso

• Se$3n la *oma en la )ue se cons!$ue des%la+a el

cuso. tenemos %otenc!#metos& –

K!ato!os

–Desl!+antes

–Mult!'uelta

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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca IEl %otenc!#meto " la es!stenc!a

a(usta/le ,cont-&

• Se$3n como sea la 'a!ac!#n de laes!stenc!a en *unc!#n del des%la+am!ento

del cuso. tenemos %otenc!#metos& –L!neales

–Lo$a0tm!cos ,se em%lean en aud!o-

l ! l

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El %otenc!#meto " la es!stenc!a

a(usta/le ,cont-&

Calcula la tens!#n de B. 2 en

la *!$ua de la deec9a

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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca IC!cu!tos de co!ente cont!nua : DC # CC : ,cont-

El %otenc!#meto " la es!stenc!a a(usta/le ,cont-&

La cone!#n de una ca$a. ente el cuso " uno de los tem!nales de un%otenc!#meto o a(usta/le. %oduce 'a!ac!ones de tens!#n " co!ente. es%ecto delas e!stentes en 'ac0o ,s!n ca$a-

Calcula el 'alo de 2CA en 'ac0o ,s!n ca$a-. " con ca$a ,?66 Ω-

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La *uente de tens!#n ,*uente de

al!mentac!#n-&

• Las *uentes de al!mentac!#n )ue nos

encontamos en la eal!dad. d!*!een del conce%tote#!co de *uente de al!mentac!#n o tens!#n !deal

• Las *uentes de al!mentac!#n !deal t!enen unaes!stenc!a !ntena nula. s!n em/a$o en la%8ct!ca no ocue as0

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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca ILa *uente de tens!#n ,cont-&

• En la *!$ua %uede o/se'ase el com%otam!ento deuna *uente de al!mentac!#n eal. en com%aac!#n conla !deal ,modelo te#!co-

• Puede o/se'ase como a med!da )ue aumenta la

co!ente consum!da de la *uente. el 'alo de latens!#n de sal!da de la *uente 'a d!sm!nu"endo%aulat!namente

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Teoema de la m8!ma tans*eenc!a de %otenc!a&

• Paa o/tene la m8!ma tans*eenc!a de %otenc!a a la ca$a. el 'alo de laes!stenc!a de 7sta. de/e8 se !$ual al 'alo de la es!stenc!a !ntena de la *uente detens!#n

Caso a Caso / Caso c

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2

4 8

Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca ITeoema de la m8!ma tans*eenc!a de

%otenc!a ,cont-&

Po/lema

Calcula la %otenc!a d!s!%ada en la ca$a RL

,tans*e!da a la ca$a-. %aa cada uno de lostes casos de la d!a%os!t!'a ante!o Ra+onaso/e los esultados " saca conclus!ones

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Teoema de la m8!ma tans*eenc!a de tens!#n&

• Paa o/tene la m8!ma tans*eenc!a de tens!#n a la ca$a. el 'alo de la es!stenc!ade 7sta. de/e8 se lo ma"o %os!/le. " la del $eneado lo m8s %e)ue;a %os!/le

Caso a Caso / Caso c

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2

4 8

Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca ITeoema de la m8!ma tans*eenc!a de

%otenc!a ,cont-&

Po/lema

Calcula la tens!#n ente$ada en la ca$a RL %aa cada uno de los tes casos de lad!a%os!t!'a ante!o Ra+ona so/e los

esultados " saca conclus!ones

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CONDENSADORES

Un condensado est8 const!tu!do %o dos %lacas demetal ,amaduas- colocadas una *ente a ota a mu"%oca d!stanc!a. se%aadas ente s0 %o un mate!al

a!slante llamado


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CARKA DE UN CONDENSADOR

Al desconecta elcondensado de la

*uente. la ca$a se)ueda almacenada en7l

A este %oceso se lellama

CARKA DEL

CONDENSADOR


42


Como los electones no %uedenata'esa el d!el7ct!co. %o)uees un a!slante. se almacenaca$a electost8t!ca en elcondensado

Los electones )ue ca$an laamadua conectada al ne$at!'o.e%elen a los electones de la

ota amadua. )uedando 7sta3lt!ma ca$ada %os!t!'amente


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43


Conforme se va cargando un condensador, la tensión entre

sus terminales va creciendo.

Tiempo

Tensión de fuenteTensión

Tensión condensador

Al principio el proceso de carga va muy rápido, pero conforme

se va cargando cada vez es más lento.


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Ca$a de un condensado

La a%!de+ con )ue se ca$a un condensado de%endede la ca%ac!dad de d!c9o condensado " de laes!stenc!a )ue 9a"a en el c!cu!to de ca$a

Resistencia delcircuito de carga

Capacidad delcondensador


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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca ICa$a de un condensado

Capacidad o resistencia pequeñas

Capacidad o resistencia grandes

Carga rápida

Carga lenta

45

Vcc

t

Tensión

Carga lentaCarga rápida

Constante de tiempo de carga/descarga

(ohmios x faradios = segundos)= R⋅C

V C =V

CC ⋅1−!

−t

RC


46

Desca$a de un condensado

Si conectamos los dos terminales de

un condensador cargado, a un

receptor, mediante un camino

conductor de la electricidad,

qu! crees que ocurrirá".


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47


#n efecto.

$os electrones circularán desde

la placa cargada negativamente

%asta la placa cargada

positivamente a trav!s del

receptor, que en este caso, al

ser una &om&illa, lucirá.


48


$a circulación de electrones irá

disminuyendo conforme sevaya alcanzando el equili&rio de

cargas entre las dos placas del

condensador.


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49


La a%!de+ con )ue se desca$a un condensadotam/!7n de%ende de la ca%ac!dad de d!c9ocondensado " de la es!stenc!a )ue 9a"a en elc!cu!to de desca$a

Resistencia delcircuito de descarga

Capacidad delcondensador


50


Capacidad o resistencia pequeñas

Capacidad o resistencia grandes

'escarga rápida

'escarga lenta

Tiempo de carga/descarga c = 5 x R x C

(ohmios x faradios = segundos)

Tensión inicialel condensador

Tiempo

Tensión

Descarga lenta

Descarga

rápida


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¿Pasa corriente por un condensador?

NO y S

Si miramos el condensador desde fuera, vemos que por cada

electrón que llega a una placa procedente de la fuente, sale

otro electrón desde la otra placa camino de la fuente. A efectos

prácticos es como si la corriente atravesara el condensador.

(or eso, es normal %a&lar de “la corriente que pasa por el

condensador...”

S! por"ue#####

Si nos metemos dentro del condensador, sa&emos que entre

las placas está el diel!ctrico, que es aislante, por lo que los

electrones no pueden pasar de una placa a la otra.

NO! por"ue#####


Tipos de Condensadores

)ay muc%os tipos de condensadores, tanto por usar

diferentes tipos de diel!ctricos como por la forma que adoptan.

Condensadores cerámicos Condensadores de poliéster

Condensador depolipropileno

Condensadorde tántalo



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Condensadores electrolíticos

*enta+as

-ienen una gran

capacidad con unreducido tamaño.

nconvenientes

Son polarizados no

sirven para corriente

alterna.

$a tensión má/imaque soportan es más

&a+a que otros tipos

de condensadores.Condensadores electrolíticos


Condensadores ajustables

(ermiten a+ustar el valor de su

capacidad variando la superficie

enfrentada entre las placas

mediante el giro de un mando.



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Símbolos de condensadores

Condensadoren general Condensador

electrol$tico

Condensadora%usta&le


Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca ICondensadores conectados en paralelo

(ara aumentar la cantidad de carga el!ctrica almacenada

puedo conectar condensadores en paralelo.

*arios condensadores conectados en paralelo almacenan la

misma carga que un solo condensador cuya capacidadfuera la suma de las capacidades de todos ellos.

C' C( C) C*P

C*P + C' , C( , C)


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Condensadores conectados en serie

$a capacidad equivalente de varios

condensadores conectados en serie es menor

que la capacidad de cualquiera de ellos.

C*S es menor "ue C' y "ue C(

C*S

C'

C((or lo que podemos almacenar menos carga.

Si queremos disminuir la capacidad podemos

utilizar un condensador más pequeño, que

además será más &arato.

(or tanto, no resulta 0til conectar en serie los

condensadores.



58

OINAS

Com%onente *omado %o una se!e dees%!as aolladas

Almacenan ene$0a en *oma de cam%oma$n7t!co

Se o%onen a los cam/!os /uscos deco!ente

Un!dad de med!da el en!o ,-,m. µ-" se elesenta con la leta L


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OINAS

Su 'alo ,de%ende de&

N3meo de es%!as A ma"o n3meo de 'ueltas ma"o

!nductanc!aD!8meto de las es%!as A ma"o d!8meto ma"o !nductanc!a

Lon$!tud A ma"o lon$!tud meno !nductanc!a

T!%o de mate!al del n3cleo A!e. *e!ta. etc

Se com%ota como un cotoc!cu!to a la co!ente cont!nua

S0m/olo de la /o/!na&

Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca ICARKA Y DESCARKA DE OINAS

Una /o/!na se ca$a " se desca$a como un condensado. %eo" las cu'as de ca$a " desca$a son !$uales. %eo e*e!das a laco!ente %o la /o/!na en lu$a de la tens!#n del condensado

La constante de t!em%o en este caso es = L/R

Una cosa mu" a tene en cuenta es )ue cuando !ntentamoscam/!a /uscamente la co!ente %o una /o/!na. 7sta seo%one a ese cam/!o $eneando una tens!#n mu" alta e !n'esaen sus etemos

v l t =− L⋅d i

t

dt

fundamentos de electricidad y electrónica i

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