Familiarizarse con los conceptos básicos de la electrónica significa comprender los circuitos, cómo funcionan y cómo calcular cosas como la resistencia total alrededor de diferentes tipos de circuitos. Los circuitos del mundo real pueden complicarse, pero puede comprenderlos con el conocimiento básico que obtiene de los circuitos idealizados más simples.
Los dos tipos principales de circuitos son en serie y en paralelo. En un circuito en serie, todos los componentes (como las resistencias) están dispuestos en una línea, con un solo bucle de cable que forma el circuito. Un circuito paralelo se divide en varias rutas con uno o más componentes en cada una. Calcular circuitos en serie es fácil, pero es importante comprender las diferencias y cómo trabajar con ambos tipos.
Los fundamentos de los circuitos eléctricos
La electricidad solo fluye en circuitos. En otras palabras, necesita un ciclo completo para que algo funcione. Si rompe ese bucle con un interruptor, la energía deja de fluir y su luz (por ejemplo) se apagará. Una definición de circuito simple es un circuito cerrado de un conductor alrededor del cual los electrones pueden viajar, que generalmente consta de una fuente (una batería, por ejemplo) y un componente o dispositivo eléctrico (como una resistencia o una bombilla) y un cable conductor.
Deberá familiarizarse con algunos términos básicos para comprender cómo funcionan los circuitos, pero estará familiarizado con la mayoría de los términos de la vida cotidiana.
Una "diferencia de voltaje" es un término para la diferencia en la energía potencial eléctrica entre dos lugares, por unidad de carga. Las baterías funcionan creando una diferencia de potencial entre sus dos terminales, lo que permite que la corriente fluya de una a la otra cuando están conectadas en un circuito. El potencial en un punto es técnicamente el voltaje, pero las diferencias de voltaje son lo importante en la práctica. Una batería de 5 voltios tiene una diferencia de potencial de 5 voltios entre los dos terminales y 1 voltio = 1 julio por culombio.
La conexión de un conductor (como un cable) a ambos terminales de una batería crea un circuito, con una corriente eléctrica fluyendo a su alrededor. La corriente se mide en amperios, lo que significa culombios (de carga) por segundo.
Cualquier conductor tendrá "resistencia" eléctrica, lo que significa la oposición del material al flujo de corriente. La resistencia se mide en ohmios (Ω), y un conductor con 1 ohmio de resistencia conectado a través de un voltaje de 1 voltio permitiría que fluya una corriente de 1 amperio.
La relación entre estos está encapsulada por la ley de Ohm:
V = IR
En palabras, "el voltaje es igual a la corriente multiplicada por la resistencia".
Serie vs. Circuitos paralelos
Los dos tipos principales de circuitos se distinguen por cómo se organizan los componentes en ellos.
Una definición de circuito en serie simple es, "Un circuito con los componentes dispuestos en línea recta, por lo que toda la corriente fluye a través de cada componente a su vez". Si hizo un circuito de bucle básico con una batería conectada a dos resistencias, y luego tiene una conexión que se ejecuta de nuevo a la batería, las dos resistencias estarían en serie. Entonces, la corriente iría desde el terminal positivo de la batería (por convención, se trata la corriente como si emerge del extremo positivo) a la primera resistencia, de esa a la segunda resistencia y luego de vuelta a la batería.
Un circuito paralelo es diferente. Un circuito con dos resistencias en paralelo se dividiría en dos pistas, con una resistencia en cada una. Cuando la corriente llega a un cruce, la misma cantidad de corriente que ingresa al cruce también tiene que salir del cruce. A esto se le llama conservación de carga, o específicamente para la electrónica, la ley actual de Kirchhoff. Si los dos caminos tienen la misma resistencia, una corriente igual fluirá por ellos, por lo que si 6 amperios de corriente llegan a una unión con la misma resistencia en ambos caminos, fluirán 3 amperios por cada uno. Luego, los caminos se vuelven a unir antes de volver a conectarse a la batería para completar el circuito.
Calcular la resistencia para un circuito en serie
El cálculo de la resistencia total de múltiples resistencias enfatiza la distinción entre serie vs. circuitos paralelos. Para un circuito en serie, la resistencia total (Rtotal) es solo la suma de las resistencias individuales, entonces:
R_ {total} = R_1 + R_2 + R_3 + ...
El hecho de que sea un circuito en serie significa que la resistencia total en el camino es solo la suma de las resistencias individuales en él.
Para un problema de práctica, imagine un circuito en serie con tres resistencias:R1 = 2 Ω, R2 = 4 Ω yR3 = 6 Ω. Calcula la resistencia total en el circuito.
Esta es simplemente la suma de las resistencias individuales, por lo que la solución es:
\ begin {alineado} R_ {total} & = R_1 + R_2 + R_3 \\ & = 2 \; \ Omega \; + 4 \; \ Omega \; +6 \; \ Omega \\ & = 12 \; \ Omega \ end {alineado}
Calcular la resistencia para un circuito paralelo
Para circuitos en paralelo, el cálculo deRtotal es un poco más complicado. La formula es:
{1 \ above {2pt} R_ {total}} = {1 \ above {2pt} R_1} + {1 \ above {2pt} R_2} + {1 \ above {2pt} R_3}
Recuerde que esta fórmula le da el recíproco de la resistencia (es decir, uno dividido por la resistencia). Entonces necesitas dividir uno por la respuesta para obtener la resistencia total.
Imagine que esas mismas tres resistencias de antes estuvieran dispuestas en paralelo. La resistencia total vendría dada por:
\ begin {align} {1 \ above {2pt} R_ {total}} & = {1 \ above {2pt} R_1} + {1 \ above {2pt} R_2} + {1 \ above {2pt} R_3} \\ & = {1 \ above {2pt} 2 \; Ω} + {1 \ above {2pt} 4 \; Ω} + {1 \ above {2pt} 6 \; Ω} \\ & = {6 \ above {2pt} 12 \; Ω} + {3 \ sobre {2pt} 12 \; Ω} + {2 \ above {2pt} 12 \; Ω} \\ & = {11 \ por encima de {2pt} 12Ω} \\ & = 0.917 \; Ω ^ {- 1} \ end {alineado}
Pero esto es 1 /Rtotal, entonces la respuesta es:
\ begin {alineado} \ R_ {total} & = {1 \ above {2pt} 0.917 \; Ω^{-1}}\\ &= 1.09 \; \ Omega \ end {alineado}
Cómo resolver un circuito de combinación en serie y paralelo
Puede dividir todos los circuitos en combinaciones de circuitos en serie y en paralelo. Una rama de un circuito paralelo podría tener tres componentes en serie, y un circuito podría estar compuesto por una serie de tres secciones paralelas y ramificadas en una fila.
Resolver problemas como este solo significa dividir el circuito en secciones y resolverlas por turnos. Considere un ejemplo simple, donde hay tres ramas en un circuito paralelo, pero una de esas ramas tiene una serie de tres resistencias conectadas.
El truco para resolver el problema es incorporar el cálculo de resistencia en serie en el más grande para todo el circuito. Para un circuito en paralelo, debes usar la expresión:
{1 \ above {2pt} R_ {total}} = {1 \ above {2pt} R_1} + {1 \ above {2pt} R_2} + {1 \ above {2pt} R_3}
Pero la primera rama,R1, está hecho de tres resistencias diferentes en serie. Entonces, si te enfocas en esto primero, sabes que:
R_1 = R_4 + R_5 + R_6
Imagina esoR4 = 12 Ω, R5 = 5 Ω yR6 = 3 Ω. La resistencia total es:
\ begin {alineado} R_1 & = R_4 + R_5 + R_6 \\ & = 12 \; \ Omega \; + 5 \; \ Omega \; + 3 \; \ Omega \\ & = 20 \; \ Omega \ end {alineado}
Con este resultado para la primera rama, puede pasar al problema principal. Con una sola resistencia en cada una de las rutas restantes, digamos queR2 = 40 Ω yR3 = 10 Ω. Ahora puede calcular:
\ begin {align} {1 \ above {2pt} R_ {total}} & = {1 \ above {2pt} R_1} + {1 \ above {2pt} R_2} + {1 \ above {2pt} R_3} \\ & = {1 \ above {2pt} 20 \; Ω} + {1 \ por encima de {2pt} 40 \; Ω} + {1 \ sobre {2pt} 10 \; Ω} \\ & = {2 \ above {2pt} 40 \; Ω} + {1 \ por encima de {2pt} 40 \; Ω} + {4 \ sobre {2pt} 40 \; Ω} \\ & = {7 \ por encima de {2pt} 40 \; Ω}\\ &= 0.175 \; Ω ^ {- 1} \ end {alineado}
Entonces eso significa:
\ begin {alineado} \ R_ {total} & = {1 \ above {2pt} 0.175 \; Ω^{-1}}\\ &= 5.7 \; \ Omega \ end {alineado}
Otros cálculos
La resistencia es mucho más fácil de calcular en un circuito en serie que en un circuito paralelo, pero no siempre es así. Las ecuaciones de capacitancia (C) en circuitos en serie y en paralelo funcionan básicamente al revés. Para un circuito en serie, tiene una ecuación para el recíproco de capacitancia, por lo que calcula la capacitancia total (Ctotal) con:
{1 \ above {2pt} C_ {total}} = {1 \ above {2pt} C_1} + {1 \ above {2pt} C_2} + {1 \ above {2pt} C_3} + ...
Y luego tienes que dividir uno por este resultado para encontrarCtotal.
Para un circuito paralelo, tienes una ecuación más simple:
C_ {total} = C_1 + C_2 + C_3 + ...
Sin embargo, el enfoque básico para resolver problemas con series vs. circuitos paralelos es el mismo.