Electricidad y Electrónica apuntes

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    06-Feb-2016

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Electricidad y Electrnica apuntes

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  • Centro de Formacin Profesional N 22

    Gobierno de la Ciudad de B A

    FOETRA sindicato Bs As Secretara de Cultura Instituto Ral Scalabrini Ortiz

    Electricidad y Electrnica bsicas Unidades comunes y conceptos bsicos Ampere: (Amperio) (A) Unidad de medida de la corriente elctrica, es la cantidad de carga que circula por un conductor por unidad de tiempo I = Q / t 1 A = 1 Coulombio / segundo 1 A = 1000 mA (miliamperio) Coulomb (coulombio): Unidad de medicin de la carga elctrica. 1Coulomb = 6.28x1018 electrones Watts (Vatio) Unidad de la potencia. Potencia: Velocidad con que se suministra o consume energa. Potencia = Energa / Tiempo Circuito paralelo: Circuito que tiene mas de un camino para la corriente, donde los elementos comparten los terminales. Circuito Serie: Circuito con un nico camino para la corriente, donde los elemntos van uno a continuacin del otro. Multmetro: Instrumento todo propsito, tambin llamado Tester, VOM, DMM, etc., utilizado para efectuar mediciones de tensin (voltaje), corriente contnua (CC), corriente alterna, resistencia y a veces tambin: diodos, transistores, condensadores, etc. Ohm (Ohmio): Unidad de medicin de la resistencia elctrica, representada por la letra griega (W, omega). Siemens (Mho): Unidad de medida de la conductancia (G) Conductancia (G): G = 1 / R = 1 / Resistencia. Es el inverso de la resistencia. Un elemento (resistor) con alta resistencia tiene baja conductancia, un resistor con baja resistencia tiene alta conductancia Volt (voltio): Unidad de medicin de la diferencia de potencial elctrico o tensin elctrica, comunmente llamado voltaje.

  • Corriente Alterna (CA): Corriente elctrica que cambia su amplitud en forma peridica en el tiempo. Corriente Continua (CC): Es la corriente que fluye en una sola direccin. Las bateras, las celdas solares, etc. producen corriente en CC. Este tipo de corriente no cambia su magnitud ni su sentido en el tiempo. Hertz : Cantidad de ciclos completos de una onda en una unidad de tiempo 1 Hertz = 1 ciclo/seg Qu es Corriente Continua ? Es el resultado de el flujo de electrones (carga negativa) por un conductor (alambre de cobre casi siempre), que en nuestro ejemplo va del terminal negativo al terminal positivo de la batera, pasando por el foco / bombillo. No, no es equivocacin, que la corriente sale del terminal negativo y termina en el positivo. Lo que sucede es que hemos hablado de un flujo de electrones que, como se sabe, tienen carga negativa. Para ser consecuentes con nuestro grfico y con la convencin existente se toma a la corriente como positiva y sta circula desde el terminal positivo al terminal negativo. Lo que sucede es que un electrn al avanzar por el conductor va dejando un espacio [hueco] positivo que a su vez es ocupado por otro electrn que deja otro espacio [hueco] y as sucesivamente, generando una serie de [ que viajan en sentido opuesto al viaje de los electrones y que se puede entender como el sentido de la corriente positiva que todos conocemos.

    La corriente elctrica continua se mide en (A) Amperios y para circuitos electrnicos se mide en mA (miliAmperios) o (uA) microAmperios. Ver la tabla siguiente para conversiones. Qu es Corriente alterna ? La diferencia con la corriente contnua, es que circula solo en un sentido. La corriente alterna (como su nombre lo indica) tiene una corriente que circula por durante un tiempo en un sentido y despus en sentido opuesto, volvindose a repetir el mismo proceso en forma constante.

  • Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y la usamos para alimentar la TV, el equipo de sonido, la lavadora, la refrigeradora, etc. Si vemos el siguiente grfico quedar ms claro:

    En este caso lo que se ha graficado es el voltaje (que es tambin alterno) y tenemos que la magnitud de ste vara primero hacia arriba y luego hacia abajo (de la misma forma en que se comporta la corriente) y nos da una forma de onda llamada: onda senoidal. Este voltaje vara continuamente, y para saber que voltaje tenemos en un momento especfico, utilizamos la frmula; V = Vp x Seno ( ) donde Vp (V pico) (ver grfico)es el valor mximo que obtiene la onda y es una distancia angular y se mide en grados Aclarando un poco esta ltima parte y analizando el grafico anterior, se ve que la onda senoidal es peridica (se repite la misma forma de onda continuamente) Si tomamos un perodo de sta (un ciclo completo), se dice que tiene una distancia angular de 360o. Bueno, pues con ayuda de la frmula que ya dimos, e incluyendo (distancia angular para la cual queremos saber el voltaje) obtenemos el voltaje instantneo de nuestro inters. Para cada distancia angular diferente el valor del voltaje es diferente, siendo en algunos casos positivo y en otros negativo (cuando se invierte su polaridad.) FRECUENCIA:(f) Si se pudiera contar cuantos ciclos de esta seal de voltaje suceden en un segundo tendramos: la frecuencia de esta seal, con unidad de ciclos / segundo, que es lo mismo que Hertz o Hertzios. PERIODO:(T) El tiempo necesario para que un ciclo de la seal anterior se produzca, se llama perodo (T) y tiene la frmula: T = 1 / f, o sea el perodo (T) es el inverso de la frecuencia. (f) VOLTAJE PICO-PICO:(Vpp) Analizando el grfico se ve que hay un voltaje mximo y un voltaje mnimo. La diferencia entre estos dos voltajes es el llamado voltaje pico-pico (Vpp) y es igual al doble del Voltaje Pico (Vp) (ver grfico) VOLTAJE RMS.(Vrms): Se puede obtener el voltaje equivalente en corriente continua (Vrms) de este voltaje alterno con ayuda de la frmula Vrms = 0.707 x Vp. Este valor de voltaje es el que obtenemos cuando utilizamos un voltmetro.

  • Ahora, algo para pensar........: Si preparamos nuestro voltmetro para que pueda medir voltajes en corriente alterna (a.c.) y medimos la salida de un tomacorriente de una de nuestras casas, lo que vamos a obtener es: 110 Voltios o 220 Voltios aproximadamente, dependiendo del pas donde se mida. El voltaje que leemos en el voltmetro es un VOLTAJE RMS de 110 o 220 Voltios.!!! Cul sera el voltaje pico (Vp) de esta seal??? Revisando la frmula del prrafo anterior despejamos Vp. Vp = Vrms / 0.707 Caso Vrms = 110 V, Vp = 110 / 0.707 = 155.6 Voltios Caso Vrms = 220 V, Vp = 220 / 0.707 = 311.17 Voltios Qu es Voltaje - Tension ? Voltaje, tensin, diferencia de potencial Para lograr que una lmpara como la de la figura se encienda, debe circular por los cables a los cuales est conectada, una corriente elctrica. Para que esta corriente circule por los cables debe existir una fuerza, llamada fuerza electromotriz o (para entender mejor) una batera (en el caso de corriente continua), que es simplemente una fuente de tensin., que tiene unidad de voltios. Normalmente las fuentes de tensin tienen en su salida un valor fijo. Ejemplo: 3Voltios, 6Voltios 9Voltios 12Voltios, etc. , pero hay casos de fuentes de tensin de salida variable, que tienen usos especiales. Cuando hablamos del voltaje de una batera o el voltaje que se puede obtener de un tomacorriente que sale de la pared, estamos hablando de una tensin. En el primer caso es una fuente de tensin de corriente directa y en el segundo una fuente de tensin de corriente alterna. Tal vez la forma ms fcil de entender el significado de una tensin es haciendo una analoga con un fenmeno de la naturaleza. Si comparamos el flujo de la corriente contnua con el flujo de la corriente de agua de un ro y a la tensin con la altura de una catarata (cada de agua) podremos entender a que se refiere el trmino tensin. Ley de Ohm En un circuito sencillo en donde lo que tenemos es, por ejemplo, una fuente de tensin (una batera de 12 voltios) y una resistencia de 6 ohms, podemos establecer una relacin entre la tensin de la batera, la resistencia y la corriente I que entrega la batera y circula a travs de esta resistencia. Esta relacin es I = V / R y se llama la Ley de Ohm Entonces la corriente que circula en nuestro circuito es: I = 12 V / 6 W = 2 Amperios De la misma manera, de la frmula, podemos despejar el voltaje en funcin de la corriente y la resistencia y la Ley de Ohm quedara: V = I * R

  • As si conocemos la corriente y la resistencia tendramos que: V = 2 A * 6 W = 12 V Al igual que en el caso anterior, si despejamos la resistencia en funcin del voltaje y la corriente, obtendramos la Ley de Ohm de la forma: R = V / I Entonces si conocemos el voltaje y la corriente obtendramos que: R = 12 V. / 2 A.= 6 W Para recordar las tres expresiones de la Ley de Ohm nos ayudamos del siguiente tringulo que tiene mucha similitud con las frmulas analizadas anteriormente.

    Condensadores en serie y paralelo Qu son condensadores en serie? Del grfico se puede ver si se conectan 4 condensadores en serie, para hayar el condensador equivalente se utiliza la frmula: 1/CT = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + 1/C4 Pero facilmente se puede hacer un clculo para cualquier nmero de condensadores con ayuda de la siguiente frmula 1 / CT = 1 / C1 + 1 / C2 + .........+ 1 / CN donde N es el nmero de condensadores

    Qu son condensadores en paralelo ? Del grfico se puede ver si se conectan 4 condensadores en paralelo, para encontrar el condensador equivalente se utiliza la frmula: CT = C1 + C2 + C3 + C4

  • Facilmente se puede hacer un clculo para cualquier nmero de condensadores con ayuda de la siguiente frmula CT = C1 + C2 + .........+ CN donde N es el nmero de condensadores

    Como se ve, para obtener el condensador equivalente de condensadores en paralelo, solo basta con sumarlos. Bobinas en Serie y paralelo Inductores o bobinas en serie El clculo del inductor o bobina equivalente de inductores en serie es similar al mtodo de clculo del equivalente de resistencias en serie, solo es necesario sumarlas y ya..... En el diagrama se ven 3 inductores o bobinas en serie y la frmula es: LT = L1 + L2 + L3 Para este caso particular, pero si se quisiera poner ms o menos de 3 bobinas, se usara la siguiente frmula: LT = L1 + L2 + L3 +......+ LN donde N es el nmero de bobinas en serie.

    Inductores o bobinas en paralelo El clculo de la bobina equivalente de varias bobinas en paralelo es similar al clculo que se hace cuando se trabaja con resistencias.

  • El caso que se presenta es para 3 bobinas, pero la frmula se puede generalizar para cualquier nmero de bobinas Con la siguiente frmula 1/LT = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 + ......... 1/LN donde N es el nmero de bobinas que se conectan en paralelo.

    Cdigos de colores de las resistencias Las dos primeras bandas dan una idea del valor base de la resistencia y la tercera banda nos indica por cuanto hay que multiplicar el valor base anterior para obtener el verdadero valor de la resistencia. La cuarta y ltima banda nos da la tolerancia.: Dorado 5%, Plateado 10%, sin color 20%.

    La primera banda: valor base Segunda banda: valor base Tercera banda: valor multiplicador

    Cuarta banda: Tolerancia en porcentaje

    Significado de cada banda

    Color Valor base Multiplicador

    Negro 0 x 1 Marrn 1 x 10 Rojo 2 x 100 Naranja 3 x 1,000 Amarillo 4 x 10,000 Verde 5 x 100,000 Azul 6 x 1,000,000 Violeta 7 x 10,000,000 Gris 8 x 100,000,000 Blanco 9

  • Cdigo de colores de los condensadores No existe un acuerdo internacional que haya permitido estandarizar la identificacin de los condensadores o capacitores. Algunos de aquellos que son de plstico, como se muestra en el siguiente grfico, tienen el valor impreso sobre ellos mismos, vindose claramente cuando son de uF (microfaradios) o nF (nanofaradios). El voltaje mximo de operacin tambin es facilmente legible Otro mtodo de identificacin no es tan fcil de interpretar como se ve en la siguiente grfico: Los condensadores cermicos en forma de disco, tienen varios datos en la identificacin impresa sobre ellos: Su capacitancia (valor del condensador), tolerancia, voltaje de trabajo, coficiente de temperatura. Aunque no siempre se encuentran todos. Los valores de capacitancia usualmente estn en pF(picofaradios) y si se escriben en forma decimal como 0.47, entonces la unidad es uF (microfaradios). Aquellos que se miden en Picofaradios (pF) normalmente se presentan con 3 nmeros escritos sobre l. De estos 3 nmeros el ltimo es el multiplicador de los dos anteriores. Veamos la Tabla siguiente: Como ayuda para identificar el valor de un condensador se muestra la siguiente tabla:

    VALOR DE CONDENSADOR

    TOLERANCIA

    3er Nmero

    Multiplica los 2 primeros nmeros

    por

    Letra Tolerancia

    0 1 D + /- 5 pF 1 10 F + / - 1 % 2 100 G + / - 2 % 3 1000 H + / - 3 % 4 10000 J + / - 5 % 5 100000 K + / - 10 % 8 0.01 M + / - 20 % 0 0.1

    Realizar mediciones Para realizar la medicin de un voltaje: Se selecciona, en el multmetro que estemos utilizando, la unidad (voltios). Revisar que los cables rojo y negro estn conectados correctamente. Se selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala, (si no tenemos idea de que magnitud de voltaje vamos a medir, escoger la escala mas grande). Si no tiene selector de escala seguramente el multmetro escoge la escala automticamente. Se conecta el multmetro a los extremos del componente (se pone en paralelo) y se obtiene la lectura en la pantalla. Si la lectura es negativa significa que el voltaje en el componente medido tiene la polaridad al revs de la que supusimos (Normalmente en los multmetros el cable rojo debe tener la tensin mas alta que el cable negro).

  • En el siguiente diagrama se utilizan dos multmetros midiendo a dos rewsistencias que estn en serie. Vease el sentido de la corriente I , y la polaridad de la fuente de voltaje VT y los voltajes V1 y V2

    Para realizar la medicin de corriente: Se selecciona, en el multmetro que estemos utilizando, la unidad (amperios) Revisar que los cables rojo y negro estn conectados correctamente. Se selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala (si no tenemos idea de que magnitud de la corriente que vamos a medir, escoger la escala mas grande). Si no tiene selector de escala seguramente el multmetro escoge la escala automticamente. Para medir una corriente con el multmetro, ste tiene que ubicarse en el paso de la corriente que se desea medir. Para esto se abre el circuito en el lugar donde pasa la corriente a medir y conectamos el multmetro (lo ponemos en "serie"). Si la lectura es negativa significa que la corriente en el componente, circula en sentido opuesto al que se haba supuesto, (Normalmente se supone que por el cable rojo entra la corriente al multmetro y por el cable negro sale).

    Para medir la resistencia de un resistor: Se selecciona, en el multmetro que estemos utilizando, la unidad (ohmios) Revisar que los cables rojo y negro estn conectados correctamente. Se selecciona la escala adecuada, si tiene selector de escala (si no tenemos idea de que magnitud de la resistencia que vamos a medir, escoger la escala ms grande). Si no tiene selector de escala seguramente el multmetro escoge la escal...

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