Circuitos Electricos - Elementos de un circuito electrico
Un circuito eléctrico es el conjunto de elementos eléctricos conectados entre sí que permiten generar, transportar y utilizar la energía eléctrica con la finalidad de transformarla en otro tipo de energía como, por ejemplo, energía calorífica (estufa), energía lumínica (bombilla) o energía mecánica (motor). Los elementos de un circuito eléctrico que se utilizan para conseguirlo son los siguientes:
Resistores
Lo primero será calcular la resistencia total o resistencia equivalente porque podemos sustituir todas las resistencias de los receptores en serie por una sola cuyo valor será el de la resistencia total.
Fíjate en los siguientes circuitos:
Paso 1: Calcular Resistencia Total Rt = R1 + R2 + R3 = 10 + 5 + 15 = 30Ω
Paso 2: Calcular Intensidad Total Según la ley de ohm: It = Vt / Rt = 6 / 30 = 0,2 A Como todas las intensidades en serie son iguales: It = I1 = I2 = I3 = 0,2A
Paso 3: Calcular Tensiones Individuales Aplicamos la ley de ohm en cada receptor:V1 = I1 × R1 = 0,2 × 10 = 2VV2 = I2 × R2 = 0,2 × 5 = 1VV3 = I3 × R3 = 0,2 × 15 = 3V
Paso 1: Identificar Tensiones Sabemos que todas las tensiones son iguales en paralelo: Vt = V1 = V2 = V3 = 5V (todas valen 5 voltios)
Paso 2: Calcular Intensidades Individuales Aplicamos la ley de ohm (I = V / R) en cada receptor: I1 = V1 / R1 = 5 / 10 = 0,5A I2 = V2 / R2 = 5 / 5 = 1A I3 = V3 / R3 = 5 / 15 = 0,33A
Paso 3: Calcular Intensidad Total La intensidad total del circuito será la suma de todas las de los receptores: It = I1 + I2 + I3 = 0,5 + 1 + 0,33 = 1,83A (Nota: I3 realmente es 0,333333... por lo que cometeremos un pequeño error sumando solo 0,33, pero es tan pequeño que no pasa nada)
Capacitores
Bien, si necesitas calcular la capacitancia equivalente de un circuito de capacitores en serie, en realidad es muy sencillo. La capacitancia equivalente es la capacidad de almacenar la energía total presente en todos los capacitores que existen en el circuito. El cálculo de la capacitancia equivalente o total en un circuito de capacitores en paralelo es mucho más fácil que en la conexión en serie, ya que solo necesitas sumar las capacitancias de cada condensador.
Fíjate en los siguientes circuitos:
1. Sustituir los valores en la expresión.
Tienes que sustituir los valores de cada capacitor en la expresión para calcular la capacitancia total del circuito. Entonces vas a tener lo siguiente: 1/CT=1/C1+1/C2+1/C3
2. Desarrollando los cálculos.
Ahora solo debemos aplicar algunos conceptos de matemáticas básicas como es la suma de fracciones y obtenemos lo siguiente: 1/Ct=0.1223F--Ct=1/0.1223=8.17F
1. Sustituyendo valores
Ct=C1+C2+C3+C4
Ct=0.3uF+0.7uF+0.85uF+0.5uF
2. Realizar los respectivos cálculos.
Ct=0.3x10^-6F+0.7x10^-6F+0.85x10^-6F+0.5x10^-6F
Ct=2.35x10^-6
Inductores
Cuando los inductores se conectan en serie, su inductancia efectiva aumenta. Los inductores en serie son algo similares a los capacitores en paralelo. Para obtener la inductancia total, es muy sencillo: solo tienes que sumar cada inductancia. Es decir, cuando los inductores se conectan en serie, la inductancia total es la suma de todas las inductancias.
Fíjate en los siguientes circuitos:
Paso 1: Aquí, tres inductores están conectados en serie. En este caso, la corriente que fluye a través de cada inductor es la misma, mientras que el voltaje en cada inductor es diferente. Este voltaje depende del valor de la inductancia. Usando la ley de voltajes de Kirchhoff, la caída de voltaje total es la suma de las caídas de voltaje en cada inductor. Es decir: VT = V1 + V2 + V3 Sabemos que el voltaje a través de un inductor está dado por la ecuación: V = L · (di/dt) Entonces, aquí podemos escribir: LTotal · (dI/dt) = L1 · (dI1/dt) + L2 · (dI2/dt) + L3 · (dI3/dt)
Paso 2: I = I1 = I2 = I3 por lo tanto: L · (dI/dt) = L1 · (dI/dt) + L2 · (dI/dt) + L3 · (dI/dt)
Paso 3: LTotal = L1 + L2 + L3
Si dos terminales de un inductor se conectan a dos terminales de otro inductor, entonces se dice que los inductores están en paralelo. Sabemos que cuando las resistencias se conectan en paralelo, su resistencia efectiva disminuye. De manera similar, cuando los inductores se conectan en paralelo, su inductancia efectiva disminuye. Los inductores en paralelo son algo similares a los capacitores en serie.
Paso 1: Aquí, la corriente que fluye a través de cada inductor será diferente. Esta corriente depende del valor de la inductancia. Sin embargo, el voltaje a través de cada inductor será el mismo. Usando la Ley de Corrientes de Kirchhoff, la corriente total es la suma de la corriente que fluye por cada rama. Es decir: IT = I1 + I2 + I3 Sabemos que el voltaje a través de un inductor está dado por la ecuación: V = L · (di/dt) Podemos escribir: VAB = LTotal · (dIT/dt) VAB = LTotal · d(I1 + I2 + I3)/dt
Paso 2: Podemos escribirlo además como: VAB = LTotal · (dI1/dt) + LTotal · (dI2/dt) + LTotal · (dI3/dt) Es decir: VAB = LTotal · (V / L1 + V / L2 + V / L3)
Paso 3: Dado que los voltajes son iguales, podemos simplificar la ecuación como: 1 / LTotal = 1 / L1 + 1 / L2 + 1 / L3
Diodos
Los diodos se conectan dentro del circuito en dos configuraciones. Estas configuraciones son: Configuración en serie Configuración en paralelo Ambos patrones de conexión se utilizan ampliamente y se analizarán en detalle en este artículo junto con diagramas.
Paso 1: Las características V-I muestran que los diodos tienen diferentes voltajes de bloqueo. En estado de polarización directa, la caída de voltaje y la corriente directa serían las mismas en los diodos. Mientras que en polarización inversa, el voltaje de bloqueo es diferente, ya que los diodos deben soportar la misma corriente de fuga. Este problema puede resolverse conectando resistencias en paralelo con cada diodo. El voltaje se compartirá de manera uniforme; por lo tanto, la corriente de fuga será diferente.
La corriente total de fuga ahora sería: Is= IS1 + IR1= IS2 + IR2
Paso 2: Requerimos VD1=VD2 Sabemos que IR1= VD1/R1 IR2= VD1/R2
Entonces obtenemos IS1 + VD1/R1=IS2 +Vd1/R2
Considera dos diodos conectados en una configuración en paralelo. La corriente se compartirá entre los dos diodos. Para hacer que este reparto sea igual, se conectan inductores (con la misma inductancia). Cuando la corriente en D1 aumenta, la caída de voltaje a través de L1 aumenta, generando un valor de polaridad opuesta en L2. Los inductores se usan para condiciones dinámicas. Los inductores suelen ser voluminosos y costosos, y generan picos que pueden causar problemas.
Los diodos del mismo tipo, que tengan las mismas caídas de voltaje, pueden utilizarse para condiciones de estado estable. En este caso, los diodos en paralelo tendrían los mismos voltajes de bloqueo en inversa. Algunas precauciones deben tenerse en cuenta al usar diodos con las mismas caídas de voltaje en directa, las cuales son: Los diodos deben tener los mismos disipadores de calor. Deben enfriarse de manera igual cuando sea necesario. La falta de atención provocará que la temperatura de los diodos cambie de manera desigual. Esto, a su vez, hará que las características en directa difieran, lo cual puede causar problemas.
Transistores
Me costo bastante encontrar como resolverlos pero encontre una solucion universal:
Fíjate en los siguientes circuitos:
Paso 1 — Identificar si el transistor debe estar ON u OFF Para BJT: V_BE ≈ 0.7 V → ONV_BE < 0.7 V → OFF Para MOSFET: V_GS > V_th → ON V_GS < V_th → OFF
Paso 2 — Sustituir cada transistor por su modelo
Si está ON: BJT: V_CE ≈ 0.2 V MOSFET: R_DS(on) (pequeño) Si está OFF: Ambos: Circuito abierto
Paso 3 — Resolver con Ohm y Kirchhoff Como si fueran resistencias/circuitos abiertos.
Paso 4 — Verificar que el estado asumido era correcto Ejemplo: Si asumiste ON y te sale que V_BE = 0.1 V → está mal → es OFF. Si asumiste OFF y te sale que V_GS = 12 V y V_th = 4 V → está mal → debe estar ON. Si hay contradicción, repites con el otro estado.