Guia Electronica Basica

1) Sistema internacional de unidades (S.I)

Nombre adoptado por la XI Conferencia General de Pesas y Medidas (celebrada en París en 1960) para un sistema universal, unificado y coherente de unidades de medida, basado en el sistema mks (metro-kilogramo-segundo). Este sistema se conoce como SI (iniciales de Sistema Internacional).

Magnitud Nombre de la unidad Símbolo

Longitud Metro mMasa Kilogramo Kg

Tiempo Segundo SCorriente Eléctrica Amperio A

Temperatura Kelvin KCantidad de Sustancia Mol Mol

Intensidad luminosa Candela cd

Tabla 1. Unidads básicas del SI.El Sistema Internacional de unidades emplea unidades básicas como el metro, el kilogramo o el segundo. A dichas unidades se les pueden añadir prefijos correspondientes a la multiplicación o división por potencias de 10, lo que evita el uso de excesivas cifras decimales.

Dimensión Prefijo Símbolo Equivalencia

Grande

Exa E 1.000.000.000.000.000.000Peta P 1.000.000.000.000.000Tera T 1.000.000.000.000Giga G 1.000.000.000Mega M 1.000.000Kilo K 1000

Hecto H 100Deca D 10

Pequeño

deci d 0.1centi c 0.01mili m 0.001

micro µ 0.000001nano n 0.000000001pico p 0.000000000001

femto f 0.000000000000001Ato a 0.000000000000000001

1 INSTRUCTOR: BEYKER CERVANTES ROSELLÓN

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1.1 Conceptos básicos.

1.1.1 Voltaje (símbolo V): Unidad de diferencia de potencial (V). El potencial se refiere a la posibilidad de realizar un trabajo, cualquier carga eléctrica tiene potencial para hacer trabajo al mover otra carga, ya sea por atracción o repulsión. Existen dos clases de voltajes: Voltaje directo (DC) el cual lo podemos encontrar en las baterías o pilas normales y alcalinas.

Símbolo para fuente de voltaje directo.

Por otra parte el Voltaje alterno (AC), lo podemos encontrar en los tomacorrientes de tres tomas de pared, en una casa o edificio.

Símbolo para fuente de voltaje alterno.

La unidad de medición del voltaje alterno o voltaje directo es el Voltio (V), en honor del científico italiano Alessandro Volta (1745 – 1827).

1.1.2 Corriente (símbolo I): Se define como el desplazamiento de electrones sobre un material conductor (o alambre de cobre). Que fluye a través de un circuito cerrado, su unidad de medición es el Amperio (A) en honor del científico francés André Marie Ampere (1775 – 1836) Un circuito es una trayectoria cerrada o camino cerrado entre la fuente de voltaje y la resistencia que permite el movimiento de cargas eléctricas, es decir, de la corriente. Se debe de tener presente que en un circuito abierto no fluye corriente. Existen dos clases de corrientes: Corriente directa el cual es generado por los voltajes directos.




Corriente directa que fluye por el circuito cerrado.

Por otra parte la Corriente alterna es generada por los voltajes alternos.

Corriente alterna que fluye por el circuito cerrado.

1.1.3 Resistencia (símbolo R): Es la oposición de un material o sustancia química al flujo de electrones en un material conductor o alambre de cobre. La resistencia se mide en la unidad de Ohmios (Ω) en honor del científico alemán Georg Simon Ohm (1787 – 1854)

Símbolo para la resistencia, con algunos ejemplos de sus valores.

Internacionalmente se ha adoptado un sistema de colores para la identificación de estos elementos de forma fácil y precisa, estos colores son colocados sobre la resistencia en cuatro franjas que forman un sistema de identificación ordenado por (1ª cifra, 2ª cifra, Multiplicador decimal, Tolerancias). Por ejemplo se tiene una resistencia con los colores (Rojo, Naranja, Rojo, Dorado), la cual con el código de colores se puede interpretar como (2, 3, X100, 5 %) es decir, 23 X 100 @ mas o menos el 5% de error, lo cual es en conclusión 2300 Ω teóricos, con un margen de que entrega el fabricante desde 2185 Ω hasta 2415 Ω ( el error es de + ó - 115 Ω o sea el 5 % de 2300 Ω).




Distribución del código de colores en una resistencia.

Color Cifra Multiplicador Tolerancia (%)

Negro 0 1 20Café 1 10 1Rojo 2 100 2

Naranja 3 1000 3Amarillo 4 10.000 4Verde 5 100.000 5Azul 6 1.000.000 6

Violeta 7 10.000.000 7Gris 8 100.000.000 8

Blanco 9 1.000.000.000 9Dorado 0.1 5Plata 0.01 10

Sin color 20

Tabla 3. Código de colores para resistores.1.1.4 Potencia (símbolo P): Es la rapidez para realizar un trabajo, el trabajo es igual a la fuerza aplicada para mover un objeto multiplicada por la distancia a la que el objeto se desplaza en la dirección de la fuerza. La potencia mide la rapidez con que se realiza ese trabajo. En términos matemáticos, la potencia es igual al trabajo realizado dividido entre el intervalo de tiempo a lo largo del cual se efectúa dicho trabajo. El concepto de potencia no se aplica exclusivamente a situaciones en las que se desplazan objetos mecánicamente. También resulta útil, por ejemplo, en electricidad. Imaginemos un circuito eléctrico con una resistencia. Hay que realizar una determinada cantidad de trabajo para mover las cargas eléctricas a través de la resistencia. Para moverlas más rápidamente en otras palabras, para aumentar la corriente que fluye por la resistencia se necesita más potencia. Existe




en la electricidad la llamada potencia real, la cual es una clase de potencia que se caracteriza por la disipación de calor en la resistencia de un circuito. Esta clase de disipación térmica se mide en la unidad de vatios (W).

1.1.5 Ecuaciones generales de potencia y Ley de Ohm.

Las siguientes ecuaciones matemáticas proporcionan un camino para determinar la variable que se desea encontrar partiendo de otras variables ya conocidas. Por ejemplo se puede hallar el voltaje conociendo previamente la corriente y la resistencia del circuito. R×I=V (Voltaje = Corriente x Resistencia)

R

V=I (Corriente = Voltaje / Resistencia)

I

V=R (Resistencia = Voltaje / Corriente)

I×V=P (Potencia = Voltaje x Corriente)

R×I=P 2 (Potencia = Corriente x Corriente x Resistencia)

2

R

V=P (Potencia = Voltaje x Voltaje / Resistencia)

1.2 Circuitos resistivos

1.2.1 Circuito serie: Es una trayectoria de elementos (resistencias) que se caracteriza porque están unidos uno a continuación del otro. La corriente en este circuito es la misma para todos los elementos. La resistencia equivalente para este circuito abierto de resistencias en serie es el siguiente:

Ω+Ω+Ω+Ω+Ω= K5K4K3K2K1RT

Ω= K15RT




Circuito serie de resistencias.

1.2.2 Circuito Paralelo: En este caso las resistencias se encuentran una en frente de la otra. Lo cual la corriente que pasa por cada resistencia puede ser diferente. La resistencia equivalente para este circuito abierto de resistencias en paralelo es el siguiente:

Ω+

Ω+

Ω+

Ω+

Ω=

K5

1

K4

1

K3

1

K2

1

K1

1

RT

1

Ω×=

−

1

10283.2

RT

1 3

Ω= 95.437RT

1.2.3 Circuito serie - paralelo: Es una combinación de un circuito serie con un circuito paralelo. La resistencia equivalente para este circuito se puede buscar fácilmente reduciendo el tamaño del circuito o el numero de resistores de derecha a izquierda, por ejemplo:




Circuito original serie - paralelo

Se suman todas las resistencias serie de la parte derecha del circuito.

Se realiza la suma de resistencias en paralelo de la parte derecha del circuito.




1.3 Leyes de Gustav Robert Kirchhoff (1824 – 1887)

1.3.1 Ley de la corriente de Kirchhoff: La suma algebraica de las corrientes que entran y salen de un nodo es igual a cero. Es decir, la suma de las corrientes que se dirigen hacia cualquier punto de un circuito, es igual a la suma algebraica de las corrientes que se alejan de este punto. Por ejemplo si la corriente A es igual a 2 Amperios y la corriente B es igual a 5 amperios, la corriente total seria de 7 Amperios.

Las corrientes A y B que entran al nodo se suman en una Corriente Total.1.3.2 Ley de voltaje de Kirchhoff: La suma algebraica de los voltajes alrededor de cualquier trayectoria cerrada es cero. Es decir, la suma de los voltajes en cada resistencia del circuito es igual al voltaje de la fuente. Esto se puede apreciar en el siguiente circuito:

Voltaje de la Fuente = A la suma de los todos los voltajes de las Resistencias

5VR4VR3VR2VR1VRfuenteladeVoltaje ++++=

V56.0V22.2V44.4V22.2V56.0fuenteladeVoltaje ++++=

V10fuenteladeVoltaje =




1.4 Análisis de circuitos resistivos

1.4.1 Circuito resistivo serie: Se tiene un circuito serie conformado por dos resistencias de 250 ohmios y de 200 ohmios, con una fuente de alimentación directa de 10 voltios. Se pide hallar la corriente del circuito.

Circuito serie del ejercicio.

Como primer paso se realiza la sumatoria de las resistencias en serie así:

Ω+Ω= 200250RT

Ω= K450RT

Lo cual da como resultado el siguiente circuito:




Circuito simplificado del ejercicio.

Ω=

450

V10I1 (Corriente = Voltaje / Resistencia)

A022.0I 1 = (Corriente = Voltaje / Resistencia)

11 IVP ×= (Potencia = Voltaje x Corriente)

A022.0V10P 1 ×= (Potencia = Voltaje x Corriente)

W22.0P 1 = (Potencia = Voltaje x Corriente)

1.4.2 Circuito resistivo paralelo: Se tiene un circuito paralelo conformado por dos resistencias de 250 ohmios y de 200 ohmios, con una fuente de alimentación directa de 10 voltios. Se pide hallar la corriente en cada resistencia.

En el circuito anterior se puede observar que los voltajes en cada resistencia son iguales al voltaje de la fuente, pero la corriente que pasa por cada resistencia en este caso no es la misma.




I 1 I 2

I T

I 1

Como se sabe el voltaje en cada resistencia (10 voltios) y el valor de la resistencia (250 ohmios y 200 ohmios), se pueden realizar los cálculos de las siguiente forma:

Ω=

250






De la misma forma se calcula la corriente para la resistencia de 200 ohmios

Ω=

200






Obtenidos los resultados, finalmente se suman las corrientes y las potencias totales del circuito:

21T I+I=I (Corriente Total = Corriente 1 + Corriente 2)

A05.0+A04.0=I T (Corriente Total = Corriente 1 + Corriente 2)

A09.0=I T (Corriente Total = Corriente 1 + Corriente 2)




21T P+P=P (Potencia Total = Potencia 1 + Potencia 2)

W5.0+W4.0=P T (Potencia Total = Potencia 1 + Potencia 2)

W9.0=P T (Potencia Total = Potencia 1 + Potencia 2)

1.5 Sistemas capacitivos

1.5.1 El Capacitor: Es un dispositivo que esencialmente consta de dos superficies o placas conductoras paralelas entre si, separadas por un material dieléctrico tal como el aire, papel, mica, vidrio, película plástica o aceite. Básicamente el capacitor es un elemento almacenador de energía o de carga eléctrica, la habilidad para almacenar dicha carga se mide en la unidad de Faradios (F).

1.5.2 Método de identificación de capacitores

1.5.2.1 Método de dos caracteres: Este método de identificación del valor en faradios de un capacitor consta de una letra mas un numero. La letra representa un valor comprendido entre 1 y 9, y el numero indica la potencia a la cual se debe elevar el factor multiplicador de 10.

A B C D E F G H J K L1 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.7

M N P Q R S T U V W X3 3.3 3.4 3.9 4.3 4.7 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5




Y Z a b d E F m n t Y8.2 9.1 2.5 3.5 4 4.5 5 6 7 8 9

Número 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Múltiplo 1 10 ^1 10 ^2 10 ^3 10 ^4 10 ^5 10 ^6 10 ^7 10 ^8 10 ^9

El valor resultante de la multiplicación de la letra por el múltiplo, corresponde al valor en pico Faradios (pF), para condensadores y para algunos resistores.

Ejemplo: Se tiene un capacitor de referencia A1, hallar su valor decimal.

110×1=1A

Faradiospico10=1A

1.5.2.2 Método de tres caracteres: Este código se utiliza principalmente para la identificación de valores en capacitores de tres códigos o de resistencias de tecnología superficial, según su posición de izquierda a derecha significan lo siguiente : primer y segundo digito, igual al valor numérico efectivo, el tercer numero es la potencia base diez de multiplicación.

Ejemplo: Se tiene un capacitor de referencia 103, hallar su valor decimal.

31010103 ×=

Faradiospico10000103 =

1.1.6.3 Circuitos capacitivos

1.1.6.3.1 Circuito capacitivo serie: Es una trayectoria continua de elementos (capacitores) que se caracterizan porque están unidos uno a continuación del otro. La corriente que fluye por un circuito capacitivo serie es la misma para todos los elementos.

La capacitancia equivalente para este circuito abierto de capacitores en serie es el siguiente:




Fμ47

1+

Fμ1

1+

Fμ250

1+

Fμ100

1+

Fμ001

1=

CT

1

F1

6.1045276

CT

1 = , Fμ9566.0=CT

Circuito abierto serie de capacitores.

1.1.6.3.2 Circuito capacitivo paralelo: En este caso los capacitores se encuentran uno en frente del otro. Lo cual la corriente que pasa por cada capacitor puede ser diferente.

La capacitancia equivalente para este circuito abierto de capacitores en paralelo es el siguiente:

Fμ10+Fμ470+Fμ250+Fμ100=CT

Fμ830=CT

1.1.6.3.3 Circuito capacitivo serie - paralelo: Es una combinación de un circuito serie con un circuito paralelo. La capacitancia equivalente para este circuito se puede buscar fácilmente reduciendo el tamaño del circuito o el numero de capacitores de derecha a izquierda, por ejemplo:




Circuito original serie – paralelo

Se suman todas las capacitancias serie de la parte derecha del circuito.

Se realiza la suma de capacitancias en paralelo de la parte derecha del circuito.

Lo que finalmente se suman las capacitancias en serie quedando solo una al final.




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