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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: Ejercicio 2

Bienvenidos a otro artículo de nuestro curso de electrónica gratis, en esta ocasión realizaremos el ejercicio 2 para practicar las últimas lecciones del curso. A continuación, mostramos el circuito que vamos a resolver:

Figura 1. Circuito a resolver

Figura 1. Circuito a resolver

Como podemos observar en la figura 1, tenemos un circuito de 6 elementos, una batería de 9 (v) y 5 resistencias. El primer paso es dibujar las tensiones y corrientes de cada elemento en el esquema, tal y como mostramos en la figura 2, a continuación:

Figura 2. Circuito con tensiones y corrientes

Figura 2. Circuito con tensiones y corrientes

Ahora que tenemos dibujadas todas las tensiones y corrientes de los elementos, vamos a dibujar los nodos del circuito mediante letras, ya que realizaremos un análisis por nodos mediante KCL, tal y como mostramos en la figura 3, a continuación:

Figura 3.Circuito anterior con nodos añadidos

Figura 3.Circuito anterior con nodos añadidos

Como podemos observar en la figura 3, tenemos 4 nodos, en realidad son 5 si contamos la masa, pero al ser el nodo común o de referencia, por norma no se cuenta. Si nos fijamos, hemos dibujado las polaridades a nuestro gusto, siguiendo el criterio de nuestro anterior artículo, ya os digo que son correctas, pero sino lo fueran, de todas formas al calcular detectaríamos si nuestro dibujo es incorrecto. Ahora vamos a realizar unas apreciaciones, por ejemplo podemos ver que Ibat=IR1, es decir, la batería tiene la misma corriente que la resistencia R1, esto es así porque están en serie; además también podemos ver que la tensión en la resistencia R2 es la misma que la tensión en la resistencia R3, es decir VR2=VR3, esto es así porque las dos están en paralelo. Teniendo en cuenta lo dicho, vamos a proceder a calcular el circuito, es decir debemos conocer todas las tensiones y corrientes de todos los elementos, para ello, en primer lugar, escribiremos las letras de cada nodo y a su derecha escribimos las ecuaciones del KCL, tal como mostramos en la ecuación 1, a continuación:

Ecuacion 1.KCL en los nodos

Ecuacion 1.KCL en los nodos

Como vemos, el nodo D no lo podemos calcular, en realidad este nodo está abierto, por lo tanto, por la resistencia R5 no circula corriente, ya que no tenemos ningún elemento después, así pues el nodo D no existe y la tensión de salida, es en realidad, la misma que en el nodo C, haciendo a la resistencia R5 superflua. Otro aspecto a tener en cuenta, es que en el nodo A, conocemos la tensión del mismo, ya que VBat=VA=9(v). Con todo esto, las ecuaciones y el circuito quedan así:

Figura 4. Circuito simplificado

Figura 4. Circuito simplificado

Ecuacion 2. KCL en los nodos simplificados

Ecuacion 2. KCL en los nodos simplificados

Como podemos observar, ahora el circuito es más sencillo y ya podemos calcular. El siguiente paso, es cambiar las corrientes de cada resistencia por su cálculo correspondiente mediante la ley de ohm que vimos hace tiempo, esto es por ejemplo IR1= VR1/R1:

Ecuacion 3. Desarrollo en los nodos 1

Ecuacion 3. Desarrollo en los nodos 1

Ahora ya hemos cambiado cada resistencia por el valor de la relación de su tensión y resistencia, mediante la ley de ohm. El siguiente paso consiste en substituir cada tensión de resistencia por la tensión de nodo, por ejemplo VR1=VA-VB, es decir, la tensión en la resistencia R1, es la diferencia de su terminal positivo (VA donde entra la corriente) y su terminal negativo (VB donde sale la corriente), tal como vimos en el artículo de polaridad. También, podemos observar, que tenemos ecuaciones extra, en realidad son de sentido común mirando el circuito. A continuación, realizamos la operación en cada nodo:

Ecuacion 4. Desarrollo KCL en los nodos 2

Ecuacion 4. Desarrollo KCL en los nodos 2

Ahora, como paso siguiente, vamos a substituir cada valor de tensión, solo conocemos VA y cada valor de resistencia (estas las conocemos todas):

Ecuacion 5. Desarrollo KCL en los nodos 3

Ecuacion 5. Desarrollo KCL en los nodos 3

Si nos fijamos bien, las ecuaciones del nodo B y C, forman un sistema de ecuaciones con 2 incógnitas, por lo tanto se puede resolver y es lo que vamos a hacer a continuación:

Ecuacion 6. Desarrollo KCL en los nodos 4

Ecuacion 6. Desarrollo KCL en los nodos 4

Ahora vamos a despejar VB en las dos ecuaciones (aplicando matemáticas):

Ecuacion 7. Desarrollo KCL en los nodos 5

Ecuacion 7. Desarrollo KCL en los nodos 5

Ahora igualamos las dos ecuaciones para hallar el valor del nodo C:

Ecuacion 8. Desarrollo KCL en los nodos 6

Ecuacion 8. Desarrollo KCL en los nodos 6

Ahora ya tenemos la tensión de salida como resultado y por lo tanto podemos conocer también VB:

Ecuacion 9-1. Desarrollo KCL en los nodos 7

Ecuacion 9-1. Desarrollo KCL en los nodos 7

 

Ecuacion 9-2. Continuación

Ecuacion 9-2. Continuación

Ahora ya conocemos las tensiones de cada nodo y por lo tanto también las de cada elemento. Vamos a demostrarlo:

Ecuacion 10. Desarrollo KCL en los nodos 8

Ecuacion 10. Desarrollo KCL en los nodos 8

Ecuacion 11. Desarrollo KCL en los nodos 9

Ecuacion 11. Desarrollo KCL en los nodos 9

Ahora que ya tenemos las tensiones de cada elemento, podemos calcular mediante la ley de ohm, el valor de las corrientes del circuito:

Ecuacion 12. Desarrollo KCL en los nodos 10

Ecuacion 12. Desarrollo KCL en los nodos 10

Como podemos observar se cumple (existe un pequeño error en los decimales):

Ecuacion 13. Desarrollo KCL en los nodos 11

Ecuacion 13. Desarrollo KCL en los nodos 11

Por último, solo queda calcular la potencia cedida o absorbida por cada elemento, mediante la ley de ohm. La batería cede energía y las resistencias la absorben, por lo tanto, la potencia que da la batería, la consumen las resistencias. Veamos lo con números:

Ecuacion 14. Desarrollo KCL en los nodos 12

Ecuacion 14. Desarrollo KCL en los nodos 12

Por lo tanto se cumple que:

Ecuacion 15. Desarrollo en los nodos 13

Ecuacion 15. Desarrollo en los nodos 13

Lo podéis comprobar vosotros mismos. Los resultados son correctos y por lo tanto hemos terminado de calcular el ejercicio. Si tenéis dudas, realizad un comentario al respecto y os intentaremos ayudar. Ahora ya sabemos como calcular este tipo de circuitos, en el próximo artículo, trataremos la tensión alterna y como se calcula con más profundidad. Hasta pronto.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Electrónica Básica: Señales I

En este nuevo artículo, continuando con nuestro curso de electrónica gratis, vamos a enseñaros las dos señales básicas en electrónica, una señal continua (DC)  y una señal alterna (AC):

-Señal o tensión continua:

Señal o Tensión Continua (DC)

Señal o Tensión Continua (DC)

En esta imagen tenéis una representación gráfica de una tensión o señal continua (DC). En el eje vertical, se representan los voltios y en el eje horizontal, el tiempo;  como podemos observar, esta señal tiene 10 (v) aproximadamente de amplitud o valor y como es continua siempre tiene el mismo valor constante todo el tiempo, en este caso se representa solo un segundo, pero se sobreentiende que es infinito mientras la fuente de tensión este conectada. Como ejemplo, esta señal la obtenemos de cualquier batería que compremos: pilas tipo AA, AAA, de coche, etc., solo cambiará el valor de la amplitud o la cantidad de voltios, pero la forma a lo largo del tiempo es la misma.

-Señal o tensión alterna:

Señal o Tensión Alterna (AC)

Señal o Tensión Alterna (AC)

En esta imagen tenéis una representación gráfica de una tensión o señal alterna (AC). Igual que antes, en el eje vertical tenemos los voltios o el valor de la amplitud y en el eje horizontal tenemos el tiempo en segundos. En esta ocasión, podemos observar que la tensión varía con el tiempo y no es constante, de aquí el nombre de alterna, además también es periódica, ya que se repite en el tiempo hasta el infinito, mientras la fuente este conectada; esta señal la podéis encontrar en vuestro domicilio o en industrias, esto es así porque resulta más sencillo transportar una señal alterna que una contínua, tened cuidado con la tensión de vuestro domicilio ya que es media tensión y os puede causar la muerte, recordad que desde aquí solo os enseñamos y no debéis manipular tensiones peligrosas, y no nos responsabilizamos de vuestros actos al respecto, así pues extremad la precaución y mejor no manipuléis tensiones de este tipo que disponen de cientos de voltios.

La operación de esta señal se llama seno, que es una operación matemática de trigonometría, pero no os preocupéis por esto, como dijimos, vamos a realizar los cálculos de forma fácil, a continuación os dejamos la operación de esta señal en concreto:

Fórmula General Seno Electrónica

Ecuación General Seno Electrónica

-Descripción de la ecuación:

V (t)= es el valor de la ecuación en voltios del seno.

A= amplitud de la señal en valor absoluto, o sea solo tenemos en cuenta que son 10 (v), ni positivos ni negativos.

sin= esto es el seno. Si desconocéis esta ecuación, no os preocupéis, realizaremos más artículos y os quedará claro, sino realizad comentarios al respecto y os ayudaremos.

f= pertenece a la frecuencia de la señal, se mide en hercios y lo veremos más adelante.

t= pertenece al tiempo de la señal en un punto en concreto, es decir podemos calcular el valor de la tensión en un momento exacto, se mide en segundos.

En definitiva y en resumen, la amplitud multiplica al seno, y el seno se caracteriza y calcula (con calculadora científica aunque sea barata o de vuestro sistema operativo) por lo que hay en su interior o paréntesis, es decir el valor resultante de la multiplicación del 2, pi, la frecuencia de la señal y el tiempo que queremos calcular. Así pues la señal de la gráfica anterior, tendría una ecuación así:

Ecuación Gráfica Señal Alterna AC

Ecuación Gráfica Señal Alterna AC

Así pues, la señal de la gráfica tiene 50 (Hz) (hercios) de frecuencia, como esto costará un poco de entender, realizaremos otro artículo con más explicaciones sobre el tema y más señales, de momento solo queremos que os quedéis con las dos formas diferentes de la señal, continua y alterna, y del resto lo que podáis entender.

Como ya sabemos que es una corriente o tensión continua (DC), en el próximo artículo explicaremos el tema de polaridad y dos herramientas imprescindibles en electrónica (kirchhoff).

Hasta el próximo artículo.

Electrónica Básica: Tensión, Corriente y Potencia

Buenas de nuevo,

Siguiendo con nuestro curso de electrónica básica, hoy veremos los conceptos de Tensión, Corriente y Potencia. Antes de verlos vamos a definir el concepto físico de carga, que nos irá muy bien para entender lo anterior:

-Carga: la carga eléctrica la entenderemos como una partícula muy muy pequeña (subatómica), que tiene signo positivo o negativo y mediante un campo electromagnético o calor, esta se puede desplazar por el espacio. Por ejemplo, un fotón es la carga eléctrica de la luz visible, es decir, el sol nos envía cargas eléctricas que hacen que veamos de día (luz natural).

Ahora sí, vamos a dar una definición sencilla a cada uno:

Tensión: o voltaje, es la magnitud física que nos permite conocer o medir la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos, también se conoce como el trabajo que debe realizar una carga eléctrica para moverse de un punto a otro. Su unidad de medida son los Voltios (V). Explicación sencilla: el voltaje nos dice que diferencia de cantidad eléctrica hay entre dos puntos, normalmente dos puntos de un cable eléctrico.

Corriente: o amperaje, es la magnitud física que nos permite conocer o medir el flujo de cargas que recorren por un medio (normalmente el medio es un cable eléctrico) por unidad de tiempo. Su unidad de medida es el Amperio (A). Explicación sencilla: la corriente nos dice cuantas cargas están pasando por nuestro medio (cable) en ese momento.

Potencia: es la magnitud física que nos permite conocer o medir la energía entregada o absorbida por un elemento en un instante determinado. Su unidad de medida es el Vatio (W). Explicación sencilla: el vatio nos dice cuantas cargas se absorben o entregan a un elemento eléctrico (componente eléctrico, por ejemplo una resistencia) en un instante de tiempo determinado.

Ahora que ya sabemos que son los voltios, los amperios y los vatios, ya podemos realizar nuestro primer cálculo en electrónica, ya que estas magnitudes están relacionadas entre si:

Vatios= Voltios x Amperios

Fórmula Vatios, con voltios y amperios.

Fórmula Vatios, con voltios y amperios.

Ojo!, aquí también existen órdenes de magnitud como con el metro (Kilómetro, decímetro, etc) por lo tanto también tendremos Kiloamperios, Megavatios, Milivoltios, i el resto.

En el próximo artículo ya estaremos preparados para conocer nuestro primer componente electrónico: la resistencia.

Hasta pronto

Written by Área TIC Apfos

17 de febrero de 2012 at 12:03