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8/18/2019 Fundamentos de Electricidad y Electrónica I
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FUNDAMENTOSDE
ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
1ª PARTE
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
Intoducc!#n
Al$unos conce%tos&
•Tens!#n o 'olta(e& Es la )ue a%aece en lostem!nales de un $eneado de *ue+a electomot!+,*em- como %uede se una %!la. una /ate0a. unaltenado. etc La tens!#n se m!de en 'olt!os ,2- " suscoes%ond!entes m3lt!%los " su/m3lt!%los ,42. m2.52- Se e%esenta con la leta 2
•Intens!dad o co!ente& Cuando se esta/lece uncam!no ceado ente los tem!nales de una *em,cam!no )ue de/e tene una R≠6- se %oduce unac!culac!#n de co!ente de/!da al mo'!m!ento de los
electones La co!ente se m!de en am%e!os ,A- " suscoes%ond!entes su/m3lt!%los ,mA. 5A- See%esenta con la leta I
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
Intoducc!#n ,cont-
•Res!stenc!a& Es la o%os!c!#n al %aso de la co!enteel7ct!ca Todo elemento conducto el7ct!co. %esentam8s o menos es!stenc!a al %aso de la co!ente,ca/le. /om/!lla. es!sto- La es!stenc!a se m!de enO9m!os ,Ω- " sus coes%ond!entes m3lt!%los ,MΩ. 4Ω-Se e%esenta con la leta R
Le" de O9m
• La co!ente )ue c!cula a ta'7s de un conducto oc!cu!to es d!ectamente %o%oc!onal a la tens!#n,*em- a%l!cada a d!c9o conducto o c!cu!to e
!n'esamente %o%oc!onal a la es!stenc!a %esentada%o d!c9o conducto o c!cu!to
3
I = V / R
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
C!cu!tos de co!ente cont!nua : DC # CC :
• La co!ente cont!nua es a)uella )ue c!cula s!em%een el m!smo sent!do ,no cam/!a de %ola!dad- " t!ene
un 'alo constante ,%aa co!ente cont!nua %ua o!deal-
• La co!ente cont!nua es %oduc!da %o $eneadoes,*uentes- de tens!#n ,*em- cont!nua tales como una%!la. una /ate0a o una *uente de al!mentac!#nelect#n!ca
• En la eal!dad las *uentes de tens!#n cont!nua no%esentan un 'alo de tens!#n constante. s!no )ue%esentan unas %e)ue;as 'a!ac!ones. a estas
'a!ac!ones se las denom!na
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
C!cu!tos de co!ente cont!nua : DC # CC :
,cont-
A%l!cac!#n de la Le" de O9m a un c!cu!to deco!ente cont!nua
C8lculo de la co!ente&5
I = V / R = 12 V / 6 Ω = 2 A
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca IC!cu!tos de co!ente cont!nua : DC #
CC : ,cont-
A%l!cac!#n de la Le" de O9m a un c!cu!to deco!ente cont!nua
C8lculo de la tens!#n&
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I = V / R → V = I x R = 8 x 10-3 A x 2,2 x 103 Ω = 17,6 V
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
C!cu!tos de co!ente cont!nua : DC # CC :
,cont-
A%l!cac!#n de la Le" de O9m a un c!cu!to deco!ente cont!nua
C8lculo de la es!stenc!a&
7
I = V / R → R = V / I = 9 V / 2 x 10 -3 A = 4,5 x 103 Ω = 4,5 K = 4K5
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
C!cu!tos de co!ente cont!nua : DC # CC :
,cont-
Oto conce%to&
Potenc!a el7ct!ca& Una ca$a ,es!stenc!a. /om/!lla.moto. etc- consume co!ente de la *uente de tens!#ncont!nua a la )ue est8 conectada Esta co!enteconsum!da de la *uente 9ace )ue se d!s!%e una%otenc!a en la ca$a en *oma de calo ,es!stenc!a-.de lu+ " calo ,/om/!lla-. en un mo'!m!ento mec8n!co" calo ,moto- Se %uede dec! )ue una ca$a es untansducto de ene$0a. es dec!. con'!ete la ene$0ael7ct!ca consum!da de la *uente de tens!#n en oto
t!%o de ene$0a La %otenc!a se m!de en 'at!os ,>- "sus coes%ond!entes m3lt!%los ,4>. M>- "su/m3lt!%los ,m>- Se e%esenta con la leta P
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca IC!cu!tos de co!ente cont!nua : DC #
CC : ,cont-
• La %otenc!a se elac!ona con otas
ma$n!tudes el7ct!cas se$3n&
9
P = V x I P = R x I2 P = V2 / R
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
C!cu!tos de co!ente cont!nua :
DC # CC : ,cont-
C8lculo de la %otenc!a. conoc!endo latens!#n " la es!stenc!a&
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P = V2 / R = 92 V / 1,5 x 103 = 54 x 10-3 W = 54 mW
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C!cu!tos de co!ente cont!nua : DC
# CC : ,cont-
C!cu!tos se!e&
• Paa *oma c!cu!tos en se!e. los elementos,es!stenc!as. /om/!llas- a conecta se 'anun!endo ,conectando- a ta'7s de uno s#lo desus tem!nales. desde un tem!nal de la*uente de tens!#n 9asta cea el c!cu!to ata'7s del oto tem!nal de la *uente ,'e*!$ua. %aa el caso de es!stenc!as-
11
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca IC!cu!tos de co!ente cont!nua : DC
# CC : ,cont-
C!cu!tos se!e ,cont-&
• Todo c!cu!to *omado %o n elementos
conectados en se!e %uede se tans*omado ae*ectos el7ct!cos " de c8lculo. en oto c!cu!todonde esos n elementos 9an s!do sust!tu!dos %ouno de 'alo e)u!'alente ,es!stenc!a total. en elcaso de es!stenc!as-
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RS = R1+R2+R3+R4
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C!cu!tos se!e ,cont-&
C8lculo de la es!stenc!a e)u!'alente&
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Rs = R1+R2+R3+R4 = 1 x 103 Ω + 1,5 x 103 Ω + 2 x 103Ω + 3 x 103Ω = 7,5 x 103Ω = 7,5 K Ω
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
C!cu!tos se!e ,cont-&
• La co!ente )ue c!cula %o cada uno de loselementos conectados en se!e es la m!sma
• La suma de cada una de las ca0das de tens!#n es
!$ual a la tens!#n de la *uente a%l!cada ,Le" delas tens!ones de 4!c9o**-
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C!cu!tos se!e ,cont- D!'!so de
tens!#n&
• Las *uentes de tens!#n tales como %!las o /ate0as.%oseen 'aloes t0%!cos de 1.?@ @ B@ 1 'olt!os A 'ecesse neces!ta un 'alo de tens!#n d!*eente %aa o%eaen un c!cu!to
• Esta tens!#n se %uede o/tene a %at! de un c!cu!tose!e med!ante el uso del d!'!so de tens!#n ,'e *!$uaC-
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Vout = Vin x R 3 / (R 1+R 2+R 3)
Vout = 12 V x 2 K Ω / (1 K Ω + 3 K Ω + 2 K Ω ) = 4 V
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C!cu!tos %aalelo&
• A d!*eenc!a de los c!cu!tos se!e. en los )ue 9a/0a unsolo cam!no %aa la c!culac!#n de la co!ente. en los
c!cu!tos %aalelo 'an a e!st! 'a!os cam!nos a ta'7sde los cuales 'a a c!cula una co!ente ,'e *!$ua1,/--
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1/R p= 1/R
1 + 1/R
2... R p = R 1 x R 2 / (R 1 + R 2)
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
C!cu!tos %aalelo ,cont-&
C8lculo de la es!stenc!a e)u!'alente&
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1/R p = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 = 1/1,2 K Ω + 1/1,5 K Ω + 1/2,2 K Ω ≈ 511Ω
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C!cu!tos %aalelo ,cont-&
• La tens!#n a%l!cada a cada uno de los elementosconectados en %aalelo es la m!sma En este caso 2s
• La suma de la co!ente )ue c!cula %o cada una de
las amas es !$ual a la !ntens!dad consum!da de la*uente de tens!#n ,IT- ,Le" de las co!entes de4!c9o**-
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Vs VsVs
Calcular IT
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
C!cu!tos de co!ente cont!nua : DC # CC : ,cont-
C!cu!tos %aalelo ,cont- D!'!so de co!ente&
• La co!ente )ue enta a un nudo. %e el de la *!$ua. se d!'!de en dos %ates I1 e I)ue c!culan a ta'7s de las es!stenc!as conectadas al nudo
Ecuac!#n del nudo
#mula del d!'!so de co!ente
•
20
3
10 V1 K680
I1 = IIN x R 2 / (R 1 + R 2)
II = 10 V / (R 3 + (R 1 // R 2) ) = 16 mAI1 = 16 x 10-3 x 1 x 103 / (1 x 103 + 680) = 9,52 mA
220
R 3
IN = I1 + I2
Se ut!l!+a el m!smo a+onam!ento %aa el nudo
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca IC!cu!tos m!tos& Po/lema 1
De acuedo con el c!cu!to de la *!$ua 1 ,d!a%
s!$u!ente-&
a Real!+a los c8lculos en cada uno de los c!cu!tos!ntemed!os. %aa o/tene al *!nal el 'alo de laes!stenc!a e)u!'alente
/ S! le a%l!camos ente sus etemos A " una tens!#nde 1 2. calcula el 'alo de la !ntens!dad sum!n!stada%o la *uente " la %otenc!a ente$ada
c Calcula %aa cada una de las es!stenc!as&
Intens!dad )ue c!cula a ta'7s de ella
Ca0da de tens!#n ente sus etemos
Potenc!a d!s!%ada ,e * o ma de ca lo - 1
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
C!cu!tos m!tos ,cont-&
Po/lema 1 ,cont-
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A
B
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
C!cu!tos m!tos ,cont-&
Po/lema 1 ,cont-
C8lculos ,a%atado a-&
23
A
B
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
C!cu!tos m!tos ,cont-&
Po/lema 1 ,cont-
C8lculos ,cont!nuac!#n a%atado a-&
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A
B
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C!cu!tos m!tos ,cont-&
Po/lema 1 ,cont-
C8lculos ,cont!nuac!#n a%atado a-&
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A
B
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
C!cu!tos m!tos ,cont-&
Po/lema 1 ,cont-
C8lculos ,cont!nuac!#n a%atado a-&
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A
B
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
C!cu!tos m!tos ,cont-&
Po/lema 1 ,cont-
C8lculos ,a%atado /-&
C8lculos ,a%atado c-&
27
I T =
V AB
RT
=
12
258=46,5mA P
Ent =V
AB⋅ I
T =12V⋅46,5mA=558mW
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
C!cu!tos de co!ente cont!nua : DC # CC : ,cont-
Po/lema
Se %etende conecta una /om/!lla de 26.?> a una /ate0a de G 2 se$3n eles)uema de la *!$ua 1 Calcula la es!stenc!a ,R- l!m!tadoa de la /om/!lla ,elc8lculo de una es!stenc!a. !m%l!ca %o un lado o/tene su 'alo #9m!co " %o otodetem!na el 'alo de la %otenc!a-
C8lculos&
Hu7 'alo !nd!ca8 el am%e0metoJ
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24 v 6V/0,25W
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
El %otenc!#meto " la es!stenc!a
a(usta/le&
• Es una es!stenc!a 'a!a/le )ue t!ene tes tem!nales
• El tem!nal cental es el denom!nado cuso. " %uede
des%la+ase a lo la$o de la es!stenc!a *omada entelos etemos de los otos dos tem!nales
• Ente el cuso " oto cual)u!ea de los otos dostem!nales. conse$u!mos 'a!a el 'alo de laes!stenc!a del %otenc!#meto. s!n m8s )ue des%la+ala %os!c!#n del cuso
• Se$3n la *oma en la )ue se cons!$ue des%la+a el
cuso. tenemos %otenc!#metos& –
K!ato!os
–Desl!+antes
–Mult!'uelta
29
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca IEl %otenc!#meto " la es!stenc!a
a(usta/le ,cont-&
• Se$3n como sea la 'a!ac!#n de laes!stenc!a en *unc!#n del des%la+am!ento
del cuso. tenemos %otenc!#metos& –L!neales
–Lo$a0tm!cos ,se em%lean en aud!o-
l ! l
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
El %otenc!#meto " la es!stenc!a
a(usta/le ,cont-&
Calcula la tens!#n de B. 2 en
la *!$ua de la deec9a
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca IC!cu!tos de co!ente cont!nua : DC # CC : ,cont-
El %otenc!#meto " la es!stenc!a a(usta/le ,cont-&
La cone!#n de una ca$a. ente el cuso " uno de los tem!nales de un%otenc!#meto o a(usta/le. %oduce 'a!ac!ones de tens!#n " co!ente. es%ecto delas e!stentes en 'ac0o ,s!n ca$a-
Calcula el 'alo de 2CA en 'ac0o ,s!n ca$a-. " con ca$a ,?66 Ω-
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
La *uente de tens!#n ,*uente de
al!mentac!#n-&
• Las *uentes de al!mentac!#n )ue nos
encontamos en la eal!dad. d!*!een del conce%tote#!co de *uente de al!mentac!#n o tens!#n !deal
• Las *uentes de al!mentac!#n !deal t!enen unaes!stenc!a !ntena nula. s!n em/a$o en la%8ct!ca no ocue as0
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca ILa *uente de tens!#n ,cont-&
• En la *!$ua %uede o/se'ase el com%otam!ento deuna *uente de al!mentac!#n eal. en com%aac!#n conla !deal ,modelo te#!co-
• Puede o/se'ase como a med!da )ue aumenta la
co!ente consum!da de la *uente. el 'alo de latens!#n de sal!da de la *uente 'a d!sm!nu"endo%aulat!namente
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca IC!cu!tos de co!ente cont!nua : DC # CC : ,cont-
Teoema de la m8!ma tans*eenc!a de %otenc!a&
• Paa o/tene la m8!ma tans*eenc!a de %otenc!a a la ca$a. el 'alo de laes!stenc!a de 7sta. de/e8 se !$ual al 'alo de la es!stenc!a !ntena de la *uente detens!#n
Caso a Caso / Caso c
35
2
4 8
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca ITeoema de la m8!ma tans*eenc!a de
%otenc!a ,cont-&
Po/lema
Calcula la %otenc!a d!s!%ada en la ca$a RL
,tans*e!da a la ca$a-. %aa cada uno de lostes casos de la d!a%os!t!'a ante!o Ra+onaso/e los esultados " saca conclus!ones
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca IC!cu!tos de co!ente cont!nua : DC # CC : ,cont-
Teoema de la m8!ma tans*eenc!a de tens!#n&
• Paa o/tene la m8!ma tans*eenc!a de tens!#n a la ca$a. el 'alo de la es!stenc!ade 7sta. de/e8 se lo ma"o %os!/le. " la del $eneado lo m8s %e)ue;a %os!/le
Caso a Caso / Caso c
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2
4 8
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca ITeoema de la m8!ma tans*eenc!a de
%otenc!a ,cont-&
Po/lema
Calcula la tens!#n ente$ada en la ca$a RL %aa cada uno de los tes casos de lad!a%os!t!'a ante!o Ra+ona so/e los
esultados " saca conclus!ones
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
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CONDENSADORES
Un condensado est8 const!tu!do %o dos %lacas demetal ,amaduas- colocadas una *ente a ota a mu"%oca d!stanc!a. se%aadas ente s0 %o un mate!al
a!slante llamado
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
41
CARKA DE UN CONDENSADOR
Al desconecta elcondensado de la
*uente. la ca$a se)ueda almacenada en7l
A este %oceso se lellama
CARKA DEL
CONDENSADOR
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
42
CARKA DE UN CONDENSADOR
Como los electones no %uedenata'esa el d!el7ct!co. %o)uees un a!slante. se almacenaca$a electost8t!ca en elcondensado
Los electones )ue ca$an laamadua conectada al ne$at!'o.e%elen a los electones de la
ota amadua. )uedando 7sta3lt!ma ca$ada %os!t!'amente
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
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CARKA DE UN CONDENSADOR
Conforme se va cargando un condensador, la tensión entre
sus terminales va creciendo.
Tiempo
Tensión de fuenteTensión
Tensión condensador
Al principio el proceso de carga va muy rápido, pero conforme
se va cargando cada vez es más lento.
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
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Ca$a de un condensado
La a%!de+ con )ue se ca$a un condensado de%endede la ca%ac!dad de d!c9o condensado " de laes!stenc!a )ue 9a"a en el c!cu!to de ca$a
Resistencia delcircuito de carga
Capacidad delcondensador
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca ICa$a de un condensado
Capacidad o resistencia pequeñas
Capacidad o resistencia grandes
Carga rápida
Carga lenta
45
Vcc
t
Tensión
Carga lentaCarga rápida
Constante de tiempo de carga/descarga
(ohmios x faradios = segundos)= R⋅C
V C =V
CC ⋅1−!
−t
RC
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
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Desca$a de un condensado
Si conectamos los dos terminales de
un condensador cargado, a un
receptor, mediante un camino
conductor de la electricidad,
qu! crees que ocurrirá".
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
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Desca$a de un condensado
#n efecto.
$os electrones circularán desde
la placa cargada negativamente
%asta la placa cargada
positivamente a trav!s del
receptor, que en este caso, al
ser una &om&illa, lucirá.
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
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Desca$a de un condensado
$a circulación de electrones irá
disminuyendo conforme sevaya alcanzando el equili&rio de
cargas entre las dos placas del
condensador.
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Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
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Desca$a de un condensado
La a%!de+ con )ue se desca$a un condensadotam/!7n de%ende de la ca%ac!dad de d!c9ocondensado " de la es!stenc!a )ue 9a"a en elc!cu!to de desca$a
Resistencia delcircuito de descarga
Capacidad delcondensador
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
50
Desca$a de un condensado
Capacidad o resistencia pequeñas
Capacidad o resistencia grandes
'escarga rápida
'escarga lenta
Tiempo de carga/descarga c = 5 x R x C
(ohmios x faradios = segundos)
Tensión inicialel condensador
Tiempo
Tensión
Descarga lenta
Descarga
rápida
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¿Pasa corriente por un condensador?
NO y S
Si miramos el condensador desde fuera, vemos que por cada
electrón que llega a una placa procedente de la fuente, sale
otro electrón desde la otra placa camino de la fuente. A efectos
prácticos es como si la corriente atravesara el condensador.
(or eso, es normal %a&lar de “la corriente que pasa por el
condensador...”
S! por"ue#####
Si nos metemos dentro del condensador, sa&emos que entre
las placas está el diel!ctrico, que es aislante, por lo que los
electrones no pueden pasar de una placa a la otra.
NO! por"ue#####
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
Tipos de Condensadores
)ay muc%os tipos de condensadores, tanto por usar
diferentes tipos de diel!ctricos como por la forma que adoptan.
Condensadores cerámicos Condensadores de poliéster
Condensador depolipropileno
Condensadorde tántalo
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
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Condensadores electrolíticos
*enta+as
-ienen una gran
capacidad con unreducido tamaño.
nconvenientes
Son polarizados no
sirven para corriente
alterna.
$a tensión má/imaque soportan es más
&a+a que otros tipos
de condensadores.Condensadores electrolíticos
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
Condensadores ajustables
(ermiten a+ustar el valor de su
capacidad variando la superficie
enfrentada entre las placas
mediante el giro de un mando.
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
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Símbolos de condensadores
Condensadoren general Condensador
electrol$tico
Condensadora%usta&le
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca ICondensadores conectados en paralelo
(ara aumentar la cantidad de carga el!ctrica almacenada
puedo conectar condensadores en paralelo.
*arios condensadores conectados en paralelo almacenan la
misma carga que un solo condensador cuya capacidadfuera la suma de las capacidades de todos ellos.
C' C( C) C*P
C*P + C' , C( , C)
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8/18/2019 Fundamentos de Electricidad y Electrónica I
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Condensadores conectados en serie
$a capacidad equivalente de varios
condensadores conectados en serie es menor
que la capacidad de cualquiera de ellos.
C*S es menor "ue C' y "ue C(
C*S
C'
C((or lo que podemos almacenar menos carga.
Si queremos disminuir la capacidad podemos
utilizar un condensador más pequeño, que
además será más &arato.
(or tanto, no resulta 0til conectar en serie los
condensadores.
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca I
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OINAS
Com%onente *omado %o una se!e dees%!as aolladas
Almacenan ene$0a en *oma de cam%oma$n7t!co
Se o%onen a los cam/!os /uscos deco!ente
Un!dad de med!da el en!o ,-,m. µ-" se elesenta con la leta L
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OINAS
Su 'alo ,de%ende de&
N3meo de es%!as A ma"o n3meo de 'ueltas ma"o
!nductanc!aD!8meto de las es%!as A ma"o d!8meto ma"o !nductanc!a
Lon$!tud A ma"o lon$!tud meno !nductanc!a
T!%o de mate!al del n3cleo A!e. *e!ta. etc
Se com%ota como un cotoc!cu!to a la co!ente cont!nua
S0m/olo de la /o/!na&
Fundamentos de elect!c!dad " elect#n!ca ICARKA Y DESCARKA DE OINAS
Una /o/!na se ca$a " se desca$a como un condensado. %eo" las cu'as de ca$a " desca$a son !$uales. %eo e*e!das a laco!ente %o la /o/!na en lu$a de la tens!#n del condensado
La constante de t!em%o en este caso es = L/R
Una cosa mu" a tene en cuenta es )ue cuando !ntentamoscam/!a /uscamente la co!ente %o una /o/!na. 7sta seo%one a ese cam/!o $eneando una tens!#n mu" alta e !n'esaen sus etemos
v l t =− L⋅d i
t
dt