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Electrónica Básica: El Condensador III

Bienvenidos de nuevo después de esta parada vacacional, y como no, volvemos con otro artículo de nuestro curso de electrónica gratis, en esta ocasión volvemos con el condensador, para explicar su funcionamiento en corriente continua. Vamos pues a verlo:

-Condensador en corriente continua (c.c.):

-RC serie:

Un filtro paso bajos simple, es un circuito formado por una resistencia en serie con un condensador, en este apartado veremos su funcionamiento en corriente continua (c.c.), por lo tanto tendremos una fuente de este tipo, tal y como mostramos en el esquema de la figura 1:

Circuito R-C serie continua

Figura 1. Circuito R-C serie continua

Si nos fijamos bien en el esquema, tenemos dos voltímetros (instrumento de medida de la tensión en un componente o dispositivo), que miden la tensión en la resistencia (Vr) y en el condensador (Vc) respectivamente. Antes de empezar con la descripción de su funcionamiento, miremos la figura 2, con el resultado de la medición de esas tensiones:

Figura 2. Tensiones Resistencia (Vr) y Condensador (Vc).

Figura 2. Tensiones Resistencia (Vr) y Condensador (Vc).

Como podemos observar en la figura 2, la primera gráfica nos muestra como se va cargando el condensador, hasta los 10 (v) de la fuente (eje vertical), a medida que pasa el tiempo (eje horizontal), en cambio en la segunda gráfica, estamos midiendo la tensión en la resistencia, que tiene la forma inversa a la del condensador, pero, ¿se comporta como un condensador invertido?, ¿la tensión de la resistencia no era fija?, en realidad lo tenemos que observar de la siguiente forma:  como dijimos en el anterior artículo sobre el condensador, este se comporta como un circuito abierto en continua cuando está totalmente cargado, y como vemos en la gráfica el tiempo de carga, aunque sea muy pequeño, pertenece al principio de la excitación de la fuente, por lo tanto el condensador empieza a cargarse y cuando llega casi a 10 (v), es ya un circuito abierto y no requiere de más corriente; al no necesitar este más corriente y convertirse en un circuito abierto, la resistencia, al no tener carga o lo que es lo mismo, ve su terminal al aire o circuito abierto donde no pasará corriente. Por este motivo, la resistencia, al principio ofrece toda la intensidad y a medida que se va cargando el condensador, poco a poco, va dando menos corriente a este y como la forma de onda es exponencial, la tensión en la resistencia también será de esta forma, aunque el comportamiento de la misma es el mismo que hemos visto en otros artículos. Para entender este concepto, debe leer esto varías veces mirando la figura 2 a la vez, sino envíe un comentario. Debemos fijarnos también, en que sino estuviera la resistencia, el condensador se cargaría de forma inmediata, por lo tanto, la resistencia afecta en el tiempo de carga del condensador y como no, existe una fórmula para conocer este tiempo, tal y como se muestra en la figura 3:

figura 3. Fórmula general carga condensador circuito RC.

figura 3. Fórmula general carga condensador circuito RC.

Esta fórmula se lee de la siguiente manera: la t, es una letra griega llamada tau y se utiliza mucho en electrónica para caracterizar la carga y descarga de un condensador o varios, y como resultado obtendremos segundos. Por lo tanto tau es igual a la multiplicación del valor de ohmios de la resistencia por la capacidad en faradios del condensador. Para verlo más claro, en la figura 4, calculamos el tiempo de carga del circuito de la figura 2:

figura 4. Cálculo tiempo de carga ejemplo RC.

figura 4. Cálculo tiempo de carga ejemplo RC.

Como podemos apreciar en esta figura 4, obtenemos como resultado, que el condensador tarda 0,01 segundos en cargarse con esta resistencia, pero si nos fijamos ahora en la figura 2, vemos que en la gráfica de la tensión Vc, el condensador no se ha cargado del todo; en realidad el cálculo de tau, tenemos el 63,2 % de la carga, por este motivo si multiplicamos el valor de tau por 5, obtendremos el 99 % de la carga del condensador, así pues el valor de tau nos dice que el condensador está casi cargado y a 5 veces tau está casi totalmente cargado. Ahora ya sabemos calcular la carga de un condensador en corriente continua, vamos a ver ahora la descarga.

-RC paralelo:

figura 5. Cálculo descarga circuito RC paralelo.

figura 5. Cálculo descarga circuito RC paralelo.

Como podemos observar en este nuevo circuito de la figura 5, tenemos solo dos elementos sin ninguna fuente, esto es posible si tenemos en cuenta que el condensador se encuentra cargado a 10 (v) antes de cerrar el circuito, vaya, exactamente como si fuera una pila. En la figura 6, mostramos las gráficas de descarga del condensador, ya que este se va descargando gracias a la resistencia, por lo tanto ahora tendremos una tau de descarga:

figura 6. Gráfica de descarga del condensador.

figura 6. Gráfica de descarga del condensador.

Como podemos observar, esta gráfica es idéntica a la de la resistencia de la figura 2. Esto es así porque la tau de descarga y la de carga se calculan del mismo modo, y como los componentes son idénticos, pues obtenemos el mismo resultado.

Ahora ya conocemos el funcionamiento del condensador en corriente continua, donde podemos deducir que este, aparentemente no consume tensión a diferencia de la resistencia, y solo se dedica a absorber y ceder corriente, es decir a cargar y descargarse. Esto no es realmente así y en próximos artículos, veremos como el condensador se comporta como una resistencia, eso si, será en corriente alterna como ya vimos en el artículo de señales. En el próximo artículo, hablaremos de la reducción de circuitos donde existan condensadores y resistencias. Esperamos que os haya servido y nos vemos en el próximo artículo. Hasta entonces.

Electrónica Básica: Circuito Abierto y Corto Circuito.

Bienvenidos a otro artículo de nuestro curso de electrónica básica gratis.

En esta ocasión, vamos a ver el concepto de circuito abierto y corto circuito, ayudándonos de los condensadores, las resistencias y las bobinas para entenderlo mejor.

-Circuito Abierto:

Un Circuito Abierto (c.a.), es simplemente la no unión de dos conexiones, es decir, si por ejemplo tenemos un cable donde pasan unos 5 V, si lo cortáramos tendríamos dos cables, uno donde aún siguen pasando los 5 V y el otro extremo donde no existe ninguna tensión, es decir el cable está abierto. Como podemos ver, al estar abierto el circuito, no existe continuidad de corriente, o sea, no hay paso de corriente, esto es equivalente que tener una resistencia de valor infinito, donde esta absorbe toda la tensión y no deja pasar la corriente. Los condensadores también disponen de esta característica, por ejemplo en corriente continua, una vez cargados, se comportan como un circuito abierto y por lo tanto no dejan pasar este tipo de corriente. Para verlo más claro, en la figura 1, mostramos los símbolos y su comportamiento:

Figura1. Circuito Abierto (c.a.)

Figura1. Circuito Abierto (c.a.)

-Corto circuito:

Un corto circuito (c.c.), es lo contrario a un circuito abierto, es decir es la misma unión de una conexión o cable entre sí. Por ejemplo, tenemos los dos nodos de salida de un circuito, el nodo de, por ejemplo, 5 (v) y el nodo de masa, realizar un cortocircuito significaría en este caso unir el nodo de 5 (v) y el de masa con un cable, lo que se conoce como hacer un puente. Eso si, debemos tener cuidado al realizar este tipo de operación, ya que realizar un cortocircuito de masa a cualquier potencial por pequeño que sea, como la resistencia es pequeña o casi cero, la corriente que pasa por este estará cercana a infinito y por lo tanto la conexión, normalmente, no lo resistirá y se quemará o estallará. Un corto circuito es equivalente a utilizar una resistencias de valor 0, que es lo mismo que un trozo de cable o mediante bobinas, donde estas, en corriente continua, tienen un muy bajo valor de resistencia, cercano a 0 ohmios. Para entenderlo mejor, en la figura 2, mostramos los símbolos y su comportamiento:

Figura 2. Corto Circuito

Figura 2. Corto Circuito (c.c.)

-Aplicaciones:

Existen muchas aplicaciones, por ejemplo para el circuito abierto, se utiliza para medir corrientes o aislar secciones de un circuito para observar su comportamiento, etc. También para el corto circuito, este sirve para hacer pasar una corriente máxima por un circuito que deseamos o para anular tensiones de nodo, el caso es que estos dos conceptos son imprescindibles en electrónica, ya que hay algunos componentes que se comportan como tales, por ejemplo un interruptor, cuando está abierto es un circuito abierto y cuando está cerrado tenemos un corto circuito.

Aquí finalizamos este artículo, en el próximo del curso de electrónica básica, volveremos con los condensadores. Hasta pronto.

Electrónica Básica: El condensador II

Bienvenidos de nuevo a otro artículo de nuestro curso de electrónica básica gratis, en esta ocasión vamos a continuar con el condensador. Hoy vamos a ver los diferentes tipos de condensadores y su aplicación en corriente continua con un circuito simple, sin cálculos.

-Tipos de condensadores:

Vamos a describir 3 tipos diferentes de condensador, los más comunes que se pueden adquirir en cualquier tienda de electrónica y que su diferencia se encuentra en los materiales de construcción, que ofrecen características diferentes, como por ejemplo que algunos tengan polaridad y otros no, mayor o menor tolerancia, mayor o menor aguante a la temperatura, etc.

El primer tipo y que contiene los valores más bajos de capacidad, son los condensadores cerámicos, en la figura 1 os dejamos una imagen de los mismos. Estos tienen una baja tolerancia siempre y cuando trabajen dentro de una temperatura adecuada no superior a los 40-50 ºC, y que tengan una baja capacidad sirve para que en algunas aplicaciones se utilicen por ser unos condensadores muy rápidos, ya que el condensador dentro de un circuito tiene una constante de tiempo, es decir el condensador se carga y descarga dentro de unos valores calculados en un circuito, para esto último será necesario utilizar resistencias.

Figura 1. Condensadores Cerámicos

Figura 1. Condensadores Cerámicos

Como podemos observar en la imagen, solo en los dos condensadores más a la derecha, podemos ver impreso el valor de su capacidad, en el de en medio está escrito 101K, esto significa 10 x 10¹ x 10⁻⁶ (F), o lo que es lo mismo, 100 (pF, picofaradios), la letra k hace referencia a la tolerancia que en este caso es del 10%. El otro condensador de la derecha, tiene escrito el valor 473, esto significa 47 x 10³ x 10⁻⁶ (F), o lo que es lo mismo que 47 (nF, nanofaradios), es decir los dos primeros dígitos indican el valor numérico, el tercero indica el multiplicador que es 10 elevado a ese tercer número impreso en el componente y todo está en referencia de picofaradios, por eso al final multiplicamos siempre por 10⁻⁶.

El segundo tipo que vamos a ver, corresponde a los condensadores de poliester, estos disponen de más capacidad que los cerámicos, tampoco tienen polaridad y además no les afecta tanto la temperatura, en resumen son mejores (también son más caros). En la figura 2 os mostramos el aspecto que tienen.

Figura 2. Condensadores Poliester.

Figura 2. Condensadores Poliester.

Como podemos observar en la imagen, solo en el condensador de la derecha podemos ver el valor del mismo, donde está impreso el valor 10nK63, esto significa, 10 (nF) 63 (v). Un aspecto que no hemos comentado antes, todos los condensadores tienen una tensión máxima de funcionamiento, en este caso tenemos 63 (v), pero los márgenes de tensión oscilan entre unos pocos voltios a más de 1000 (v), si le aplicamos a un condensador una tensión más elevada que la máxima, este se destruirá.

El tercer y último tipo que veremos, es el electrolítico, este tiene como característica fundamental que dispone de polaridad, es decir tiene un terminal positivo y otro negativo, si lo conectamos mal, se destruirá. Además este tipo de condensador ofrece capacidades elevadas pero tiene el inconveniente de que su tolerancia es mayor al 20% en la mayoría de los casos. Normalmente se utiliza para fuentes de alimentación, en la figura 3 os mostramos que aspecto tienen.

Figura 3. Condensadores Electrolíticos.

Figura 3. Condensadores Electrolíticos.

Como podemos observar en la imagen, en el condensador de la derecha tenemos impreso su valor, 470 (uF) 63 (v), este tipo de condensadores tiene el valor integro impreso en su cuerpo, y el de la derecha tiene un valor de 2,2 (uF) 10 (v), además en este último podemos ver que nos indica el terminal negativo mediante una franja vertical con un signo menos impreso en su cuerpo, si aún así no lo podemos ver, estos tienen un terminal más largo que otro, este terminal largo siempre será el positivo.

Ahora que ya hemos visto los tres tipos de condensadores más habitual, a continuación vamos a realizar un pequeño experimento mediante un circuito, sin cálculos, solo para que veáis como funciona un condensador. En la figura 4 mostramos el circuito de ejemplo.

Figura 4. Circuito de ejemplo del condensador

Figura 4. Circuito de ejemplo del condensador

Como podemos ver en la imagen, el circuito se compone de una batería V1de 10 (v) , un interruptor S1, un condensador C1 de 47 (uF) y una resistencia de 1 (Kohmio). El funcionamiento de este circuito es el siguiente, desde un inicio el interruptor S1 está cerrado, por lo tanto el condensador se carga a la tensión de la batería de 10 (v), cuando el condensador esta cargado, que es prácticamente al instante, abrimos el interruptor, de esta manera anulamos la batería ya que queda en circuito abierto, así pues el condensador se descarga por la resistencia hasta que llegue a cero, es decir, el condensador mantiene la tensión durante un período de tiempo, como no es ideal, va perdiendo tensión hasta que se descarga del todo, así de simple, esto lo calcularemos en el próximo artículo del condensador. En la figura 5 os dejamos la gráfica de la descarga, en el eje vertical tenemos la tensión del condensador y en el horizontal el tiempo en segundos.

Figura 5. Gráfica tensión del condensador de la figura 4.

Figura 5. Gráfica tensión del condensador de la figura 4.

De momento, lo dejaremos aquí, si tenéis dudas no os olvidéis realizar el comentario correspondiente y os intentaremos ayudar. Por último, como hace tiempo que empezamos a tener seguidores en el bloc, intentaremos premiarlos, en un futuro cercano dejaremos un esquema de mando de TV y una explicación sencilla de cual es su funcionamiento, medidas de mantenimiento, etc., solo esperamos no tardar mucho tiempo en esto, ya que estamos muy atareados. Muchas gracias y hasta el próximo artículo.

Electrónica básica: la resistencia I

La resistencia es un componente electrónico básico, que sirve para absorber las cargas eléctricas, es decir sirve para limitar la tensión y la corriente en un circuito, mediante cálculos simples, su valor se determina en óhmios.

En cualquier circuito electrónico que os encontréis veréis resistencias parecidas a las de la imagen, pero ¿por qué necesitamos limitar la tensión o la corriente de un circuito?, pues porque en un circuito determinado necesitamos tener un valor concreto de voltaje o amperios para que funcione correctamente, por ejemplo si queremos encender un led (un led es otro componente electrónico semiconductor que se ilumina cuando tiene unos valores de tensión y corriente determinados), mediante una batería pequeña, necesitamos una resistencia que adapte la tensión de la batería para encender el led, ya que sino colocamos la resistencia el led terminaría quemándose, este ejemplo sirve para cualquier otro circuito sea simple o complejo, y nosotros sólo nos tendremos que acordar que sirve para fijar tensiones y corrientes concretas en un circuito.

Para calcular el valor concreto de una resistencia, utilizaremos dos operaciones sencillas, que las podemos utilizar con lo que hemos visto anteriormente en nuestro curso (concretamente el post de tensión, corriente y potencia), estas son:

Formula resistencia

Formula resistencia

(o sea la resistencia es igual a dividir tensión por corriente Voltios / Amperios)

Y la otra ecuación es:

Formula Watios 2

Formula Watios 

(o sea la potencia es igual a multiplicar dos veces la corriente por la resistencia)

Jugando con las ecuaciones podremos encontrar diferentes combinaciones, pero de momento lo dejamos aquí.

Para poder entender mejor lo anterior, vamos a poner un ejemplo:

Tenemos una batería de 9 (V) y necesitamos que por un circuito pasen 0,1 (A), no tenemos otra opción que colocar una resistencia, por lo tanto vamos a calcular el valor y la potencia de la resistencia:

Resolución Ohmios

Resolución Ohmios

Resolución Watios

Resolución Watios

Con estos cálculos, si montáramos el circuito, comprobaríamos realizando mediciones que los valores medidos son más o menos los calculados. Debo haceros una advertencia, al montar circuitos debéis tener cuidado ya que valores de corriente de sólo 10 (mA) pueden causaros la muerte, por lo tanto este blog y todo lo que se enseña aquí y en la página principal (http://tic.apfos.org); no nos hacemos responsables de los daños materiales o personales causados por vosotros mismos en casa o donde sea, ya que nosotros somos profesionales y con una larga experiencia sabemos lo que nos podemos encontrar y las medidas de seguridad necesarias a aplicar en cada momento y circuito, así que si montáis algo que aparezca en este blog, pues será responsabilidad vuestra.

Por ahora hemos aprendido a calcular resistencias correctamente, en el próximo post aprenderemos un aspecto importante de las resistencias, ya que existe un problema con lo que hemos visto aquí, si no os habéis dado cuenta aún, lo veremos en el próximo capítulo de nuestro curso de electrónica básica.

Hasta la próxima.

Written by Área TIC Apfos

26 de febrero de 2012 at 23:44