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Un elemento es el bloque constitutivo básico de un circuito. Un circuito es simplemente una interconexión de los elementos. Así, el análisis de circuitos corresponde al proceso de determinar las tensiones (o las corrientes) a través de los elementos del circuito.

Hay dos tipos de elementos en los circuitos eléctricos: pasivos y activos. Un elemento activo es capaz, de generar energía, en tanto que uno pasivo no lo es. Los resistores son los capacitores y los inductores, ejemplos de elementos pasivos. Entre los elementos activos comunes se incluyen los generadores, las baterías y los amplificadores operacionales. Nuestra meta en esta sección es familiarizarnos con algunos elementos activos importantes.Los más importantes son las fuentes de voltaje o de corriente que por lo general entregan potencia al circuito conectado a ellas. Existen dos tipos de fuentes. Las independientes y las dependientes.

Una fuente independiente ideal es un elemento activo que proporciona una tensión o corriente específica y que es independiente por complete de otras variables del circuito.

Una fuente dependiente ideal (o controlada) es un elemento activo en el cual la cantidad de la fuente se controla por medio de otra tensión o corriente.

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En la actualidad existe un número elevado de componentes activos, siendo usual, que un sistema electrónico se diseñe a partir de uno o varios componentes activos cuyas características lo condicionará. Esto no sucede con los componentes pasivos. En la siguiente tabla se muestran los principales componentes activos junto a su función más común dentro de un circuito.

Componentes activos

Componente Función más común

Amplificador operacional

Amplificación, regulación, conversión de señal, conmutación.

Biestable Control de sistemas secuenciales.PLD Control de sistemas digitales.Diac Control de potencia.Diodo Rectificación de señales, regulación, multiplicador

de tensión.Diodo Zener Regulación de tensiones.FPGA Control de sistemas digitales.Memoria Almacenamiento digital de datos.Microprocesador Control de sistemas digitales.Microcontrolador Control de sistemas digitales.Pila Generación de energía eléctrica.Tiristor Control de potencia.Puerta lógica Control de sistemas combinacionales.Transistor Amplificación, conmutación.Triac Control de potencia.

Componentes Pasivos

Componente Función más común

Condensador Almacenamiento de energía, filtrado, adaptación impedancia.

Inductor o Bobina

Almacenar o atenuar el cambio de energía debido a su poder de autoinducción.

Resistor o Resistencia

División de intensidad o tensión, limitación de intensidad.

Las resistencias sólo se pueden conseguir en los siguientes valores comerciales

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x 1 x 10 x 100 x 1.000 (K)

x 10.000 (10K)

x 100.000 (100K)

x 1.000.000 (M)

1 Ω 10 Ω 100 Ω 1 KΩ 10 KΩ 100 KΩ 1 M Ω1,2 Ω 12 Ω 120 Ω 1K2 Ω 12 KΩ 120 KΩ 1M2 Ω1,5 Ω 15 Ω 150 Ω 1K5 Ω 15 KΩ 150 KΩ 1M5 Ω1,8 Ω 18 Ω 180 Ω 1K8 Ω 18 KΩ 180 KΩ 1M8 Ω2,2 Ω 22 Ω 220 Ω 2K2 Ω 22 KΩ 220 KΩ 2M2 Ω2,7 Ω 27 Ω 270 Ω 2K7 Ω 27 KΩ 270 KΩ 2M7 Ω3,3 Ω 33 Ω 330 Ω 3K3 Ω 33 KΩ 330 KΩ 3M3 Ω3,9 Ω 39 Ω 390 Ω 3K9 Ω 39 KΩ 390 KΩ 3M9 Ω4,7 Ω 47 Ω 470 Ω 4K7 Ω 47 KΩ 470 KΩ 4M7 Ω5,1 Ω 51 Ω 510 Ω 5K1 Ω 51 KΩ 510 KΩ 5M1 Ω5,6 Ω 56 Ω 560 Ω 5K6 Ω 56 KΩ 560 KΩ 5M6 Ω6,8 Ω 68 Ω 680 Ω 6K8 Ω 68 KΩ 680 KΩ 6M8 Ω8,2 Ω 82 Ω 820 Ω 8K2 Ω 82 KΩ 820 KΩ 8M2 Ω

10M Ω

Recuerda: Si al calcular el valor de una resistencia te sale un valor que no es comercialmente accesible, debes elegir la más próxima, por arriba o abajo del valor deseado dependiendo de lo que busques en tu circuito. Por ejemplo, si se trata de proteger un Led, podemos seleccionar el valor más cercano por encima del calculado para protegerlo, en cambio si se trata de polarizar un transistor debemos seleccionar el valor más cercano por debajo del calculado para asegurarnos que el transistor entre en conducción.

Las resistencias comerciales pueden ser divididas en 3 grandes grupos:

Fijas Variables Dependientes.

Resistencias Fijas

Fijas de composición utilizan polvo de carbón como material resistivo aglutinado con un aglomerante formando una barra, la que es encapsulada con una resina fenólica.

Fijas de carbón depositado utilizan polvo de carbón aglutinado depositado sobre un cilindro cerámico, su resistencia es función del espesor de la capa de carbón depositada y enalgunos casos según el valor resistivo buscado, se deposita el carbón formando un espiral, por lo que su valor resistivo es función del espesor de la capa de

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carbón y del ancho de las espiras de la helicoide formada. Son protegidas por una capa de pintura epoxídica. Fijas de óxido metálico ciertos óxidos metálicos son depositados a alta temperatura sobre un tubo cerámico. Son protegidas por una capa de pintura epoxídica o por una cubierta cerámica.Fijas de alambre un alambre de niquelina, níchrom, etc. es arrollado sobre un cilindro cerámico. Son protegidas por un encapsulado cerámico.

Resistencias de composición

Se fabrican para disipaciones máximas de: ¼ watt; ½ watt; 1 watt; 2 watt; 3 watt; 4 watt

Resistencias de carbón depositado

Se fabrican para disipaciones máximas de: 1/8 watt; 1/4 watt; 1/3 watt; 1/2 watt; 1 watt; 2 watt

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Resistencias de óxido metálico

Se fabrican para disipaciones máximas de: ½ watt a 7 watt

Resistencias de alambre

Se fabrican para disipaciones máximas de: 1 watt a 25 wattExisten comercios especializados en electrónica industrial que pueden proveer hasta potencias de 250 watts o más.

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Valores de resistencia comerciales más usuales en resistencias de carbón con tolerancia del 5%

De 0,47 ohm a 22 Mega ohm, en pasos de:

10 – 12 – 15 – 18 – 22 – 27– 33 – 39 – 47 – 56 – 68 – 82 – 100

Resistencias variables

Se dividen en dos:

PotenciómetrosReóstatos

Potenciómetro

Un potenciómetro, tal como se ve en la figura, es un componente de tres terminales, entre dos de ellos se encuentra depositada una resistencia sobre un substrato de material aislante, el tercer terminal está conectado a un patín deslizante que hace contacto con la superficie de dicha resistencia, de esta forma se logra tener una resistencia variable si se lo conecta adecuadamente.

El material base o substrato puede ser de resina fenólica o cerámica. El material que conforma la resistencia puede ser:

Polvo de carbón amalgamado con un aglutinante, (es utilizado en los potenciómetros denominados de carbón )Polvo de óxido metálico amalgamado con un aglutinante, (es utilizado en los potenciómetros denominados de cermet )

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De alambre de nichrom, niquelina, etc. enrollado sobre una forma cerámica, (es utilizado en los potenciómetros denominados de alambre)

En los potenciómetros de ajuste de la posición del cursor por rotación, el ajuste puede lograrse por medio de un eje al cual tiene acceso el usuario, o por medio de algún tipo de herramienta, por ejemplo destornillador.

En los potenciómetros de ajuste de la posición del cursor por deslizamiento longitudinal, el ajuste normalmente es por medio de un eje al cual tiene acceso directo el usuario.

Reóstato

Es un tipo constructivo concreto de potenciómetro que recibe comúnmente este nombre en vez del de potenciómetro al tratarse de un dispositivo capaz de soportar tensiones y corrientes muchísimo mayores, y de disipar potencias muy grandes.Los reóstatos son usados en Ingeniería Eléctrica en tareas tales como el arranque de motores o cualquier tipo de tarea que requiera variación de resistencia en condiciones de elevada tensión o corriente.

Éste va conectado en serie con el circuito y se debe tener cuidado de que su valor (en ohmios) y su la potencia (en Watts) que puede aguantar sea el adecuado para soportar la corriente I en amperios (ampere) que va a circular por él.

Resistencias Dependientes

Según su funcionamiento, las resistencias pueden ser: a). Fijas; b). Variables; c). Dependientes. A su vez las dependientes se dividen en:

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Dependientes de la luz (LDR) o Fotorresistencias. Son resistencias cuyo valor varía según la iluminación que reciben. La resistencia disminuye cuando aumenta la iluminación. Se fabrican con sulfuro de cadmio y se presentan en forma cápsula transparente. Sus características principales son:

Resistencia en la oscuridad: Valor de la resistencia sin recibir iluminación.

Intensidad máxima admisible: Máxima intensidad de corriente que puede circular por ella sin deteriorarla.

Potencia máxima admisible: Máxima potencia que puede disipar sin deteriorarse.

Dependientes de la temperatura (PTC o NTC) o Termistores. Son resistencias cuyo valor depende de la temperatura. Pueden ser:

Resistencias PTC (coeficiente positivo de temperatura). Su resistencia, dentro de un intervalo determinado de temperaturas, aumenta al aumentar la temperatura.

Resistencias NTC (coeficiente negativo de temperatura). Su resistencia disminuye rápidamente al aumentar la temperatura.

Se fabrican con óxidos metálicos semiconductores y se presentan en forma de resistencia cilíndrica, de disco o con envoltura metálica. Sus características principales son:

Resistencia nominal: Resistencia a la temperatura de 25°C sin disipación apreciable de potencia.

Temperatura máxima de funcionamiento: Máxima temperatura a la que conserva la estabilidad de sus características en funcionamiento continúo.

Potencia máxima: Potencia que disipa cuando se eleva la temperatura del termistor desde 25°C hasta su temperatura máxima de funcionamiento.

Dependientes de la tensión (VDR) o Varistores. Estos son resistencias cuyo valor depende de la tensión aplicada. La resistencia del varistor disminuye cuando la tensión aumenta. Se fabrican con carburo de silicio y se suelen presentar en forma de disco. Sus características principales son:

Característica tensión-intensidad: Curva que relaciona la tensión aplicada al varistor y la intensidad de corriente que pasa por él.

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Potencia Nominal: Máxima potencia de disipación en funcionamiento continúo.

Los resistores son fabricados en una gran variedad de formas y tamaños. En las más grandes, el valor del resistor se imprime directamente en el cuerpo del mismo, pero en los más pequeños no es posible. Para poder obtener con facilidad el valor de la resistencia / resistor se utiliza el código de colores

Sobre estos resistores se pintan unas bandas de colores. Cada color representa un número que se utiliza para obtener el valor final del resistor. Las dos primeras bandas indican las dos primeras cifras del valor del resistor, la tercera banda indica cuantos ceros hay que aumentarle al valor anterior para obtener el valor final del resistor. La cuarta banda nos indica la tolerancia y si hay quinta banda, ésta nos indica su confiabilidad.

Ejemplo: Si un resistor tiene las siguientes bandas de colores:

- El resistor tiene un valor de 2400,000 Ohmios +/- 5 %

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- El valor máximo de este resistor es: 25200,000 Ω- El valor mínimo de este resistor es: 22800,000 Ω-El resistor puede tener cualquier valor entre el máximo y mínimo calculados.

Los colores de las bandas de los resistores no indican la potencia que puede disipar, pero el tamaño que tiene la resistor da una idea de la disipación máxima que puede tener.

Los resistores comerciales disipan 1/4 watt, 1/2 watt, 1 watt, 2 watts, etc...

A mayor tamaño del resistor, más disipación de potencia (calor).

La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiestan mediante atracciones y repulsiones que determinan las interacciones electromagnéticas

Esto constituye el principio subyacente que explica todos los fenómenos eléctricos, además la cantidad más básica en un círculo eléctrico es la carga eléctrica

La 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).

Una corriente no cambia con el tiempo, sino que permanece constante, la denominamos corriente directa corriente directa: es aquella que permanece constante respecto al tiempo una forma común de corriente variable respecto al tiempo es la corriente senoidal o corriente alterna corriente alterna: es la que varíasenoidalmente respecto al tiempo

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También llamado tensión o diferencia de potencial, el voltaje es la diferencia que hay entre dos puntos en el potencial eléctrico, refiriéndonos a potencial eléctrico como el trabajo que se realiza para trasladar una carga positiva de un punto a otro.

De esta manera, el voltaje no es un valor absoluto sino una diferencia entre las cargas eléctricas, que se mide en voltios, según el Sistema Internacional de Unidades.

El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica para mover una carga positiva q desde la referencia hasta ese punto, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza

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externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica

En Física, el efecto de Joule-Thomson o efecto Joule-Kelvin, es el proceso en el cual la temperatura de un sistema disminuye o aumenta al permitir que el sistema se expanda libremente manteniendo la entalpía constante.

Fue descrito por James Prescott Joule y William Thomson, el primer Barón Kelvin, quienes establecieron el efecto en 1852 modificando un experimento previo de Joule en el que un gas se expandía manteniendo constante su energía interna.

Las leyes (o Lemas) de Kirchhoff fueron formuladas por Gustav Kirchhoff en 1845, mientras aún era estudiante. Son muy utilizadas en ingeniería eléctrica para obtener los valores de la corriente y el potencial en cada punto de un circuito eléctrico. Surgen de la aplicación de la ley de conservación de la energía.

Estas leyes nos permiten resolver los circuitos utilizando el conjunto de ecuaciones al que ellos responden.

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Ley de corriente de Kirchhoff (1ra Ley)

En todo punto de interconexión eléctrico (nodo) se cumple que la corriente de la fuente es igual a la suma de las corrientes que salen por la conducción. También establece que la suma algebraica de los voltajes alrededor cualquier bucle cerrado es igual a cero.

La suma incluye fuentes independientes de tensión, fuentes dependientes de tensión y caídas de tensión a través de resistores.

En un circuito eléctrico, es común que se generen nodos de corriente. Un nodo es el punto del circuito donde se unen más de un terminal de un componente eléctrico: dos o más componentes se unen anudados entre sí (en realidad soldados entre sí).

Sumatorio de Fuentes de Tensión = Sumatorio de caídas de tensión

Ejercicios

Se puede observar el más básico de los circuitos de CC (corriente continua) que contiene dos nodos.

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Fig.1 Circuito básico con dos nodos

Fig.2 Aplicación de la primera ley de Kirchoff

Es decir que en el nodo 1 podemos decir que

I1 = I2 + I3

y reemplazando valores: que

18 mA = 9 mA + 9 mA

y que en el nodo 2

I4 = I2 + I3

Es obvio que las corrientes I1 e I4 son iguales porque lo que egresa de la batería debe ser igual a lo que ingresa.

Ley de voltaje de Kirchhoff (2da Ley)

En todo circuito eléctrico se cumple que el voltaje de la fuente es igual a la suma de sus caídas de voltaje en resistencias.

Cuando un circuito posee más de una batería y varios resistores de carga ya no resulta tan claro como se establecen las corrientes por el mismo. En ese caso es de aplicación la segunda ley de kirchoff, que nos permite resolver el circuito con una gran claridad.

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Establece que la suma algebraica de todas las corrientes que entran en un nudo es igual a cero. Esta suma incluye las fuentes de corrientes independientes, las fuentes de corriente dependientes y las corrientes a través de los componentes.

La suma de corrientes que entran en un nudo es igual a cero

Fundamentos Circuitos Eléctricos, Charles K. Alexander- Mathew M.O Sadiku, Pagina 13-14

Física tomo 2 de: Resnick Circuitos en ingeniería de: Hayt- Kemerly http://www.fv.uan.edu.mx/mod/resource/view.php?id=1841 http://www.autocity.com/manuales-reparacion/index.html?

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