electronica aplicada leccion 2

Hola amigos taringueros.Aca les traigo la leccion 2 de electronica aplicada.Epero q les sea de ayuda a mi me sirvieron bastante estas lecciones sequire posteando otras . Ahi va : Los valores de resistencia eléctrica pueden medirse por comparación, por medio de óhmetros y también pueden calcularse por las dimensiones físicas de la sustancia considerada. Para el cálculo de resistencia se toma como base el valor de resistencia que ofrece la sustancia considerada a 0° C de temperatura, considerándola en forma de alambre de 1 mm2 de sección y con una longitud de 1 m (Figura 1). Al valor que se obtiene con estas dimensiones se le da el nombre de resistencia específica o coeficiente de resistividad de la sustancia considerada y se simboliza por la letra griega Rho minúscula ρ. La sección normal de un alambre es la medida de la superficie de corte perpendicular al eje del mismo (Figura 2). Cuando esta superficie es un cuadrado, su superficie es igual a la medida de un lado multiplicada por sí misma. Si es circular, como ocurre en casi todos los alambres, su sección es igual a: Sc = 3,14 (pi) x r2 Donde Sc es la superficie del círculo y r el valor del radio, tomados ambos en la misma unidad. Generalmente se toma r en mm. Y Sc se obtiene en mm2. El número 3,14 es simbolizado con la letra griega pi (π) en las fórmulas para hallar la circunferencia (π X r) y la superficie (π X r2). Estas son las fórmulas que se observan en todos los textos, sin embargo, como los calibres o micrómetros dan la medida del diámetro del alambre, en nuestra escuela hemos creado una constante que facilita las operaciones para calcular la sección por la siguiente fórmula: Sc = 0,785 x d2. Por ejemplo, la sección de un alambre circular de 9 mm, de diámetro es: Sc = 0,785 x 9 x 9 = 63,585 mm2 y si la sacamos con la fórmula tradicional: Sc = 3,14 X 4,5 X 4,5 = 63,585 mm2, o sea, es lo mismo. Esta constante (0,785) surgió fácilmente de dividir el resultado de la fórmula de pi por el valor del diámetro al cuadrado. Tomemos este último como ejemplo: 63,585 / 81= 0,785. Durante su estudio va a ver muchas cosas que son exclusivas de nuestra escuela. En la lección 7 le enseñaremos a construir transformadores que incluyen tablas también exclusivas y muchas lecciones especiales con temas de suma importancia. TABLA DE COEFICIENTES DE RESISTIVIDAD ρ. (se lee RO) Acero......................................0,150 a 0,1800 Acero al niquel............................0,2950 Alambre galvanizado........................0,1500 Aluminio 90% de pureza.....................0,0272 Aluminio 94%, plata 6%.....................0,0464 Acido sulfúrico diluido en agua, densidad..1,07…25.6000 Acido sulfúrico diluido en agua, densidad..1,17…13.9000 Bronce silicioso...........................0,380 Bronce fosforoso...........................0,0560 Bronce aluminoso...........................0,1230 Cinc.......................................0,0590 Cobre comercial............................0,0170 Cobre puro.................................0,015 a 0,0160 Cobre 70%, manganeso 30%...................1,0000 Constatán ..................................0,4800 a 0,4900 Cromoniquel (nicrome)......................0,096 a 1,0000 Carbón.....................................50,0000 Estaño.....................................0,1390 Grafito....................................4,00 a 11,0000 Hierro puro................................0,097 a 0,1200 Hierro níquel..............................0,8000 Nicrome....................................0,960 a 1,0000 Niquelina B................................0,4480 Níquel recocido............................0,1300 Níquel puro................................0,0760 Oro puro...................................0,0220 Oro recocido...............................0,0217 Oro 67%, plata 33%.........................0,1080 Oro 90%, plata 10% .........................0,0630 Plata pura.................................0,0172 Plata recocida.............................0,0150 Platino....................................0,090 a 0,1150 Plomo......................................0,1950 LEY DE PEUILLET El valor de resistencia eléctrica aumenta proporcionalmente con la longitud de un conductor y disminuye proporcionalmente con el valor de su sección. Para calcular el valor de resistencia de cualquier conductor de sección constante, se multiplica el valor de su resistencia específica por el de su longitud en metros y se divide por el valor de su sección en milímetros cuadrados: R = ρ X I / S (1) Esta fórmula se conoce con el nombre de: LEY DE PEUILLET. Ejemplo: Se desea conocer el valor de resistencia óhmica de un carrete de alambre de cobre comercial de 0,6 mm de diámetro sabiendo que tiene 548 vueltas, con un diámetro promedio de 7 cm (Figura 3). La longitud total del conductor es igual a la longitud de cada vuelta, multiplicada por el número de vueltas y la longitud de cada vuelta es igual a 3,14 por el diámetro promedio. La longitud total es entonces: 3,14 x 7 x 548 =12.045,04 cm = 120,45 m . La sección que corresponde a un diámetro de 0,6 mm es: Sc = 0,785 X 0,6 X 0,6 = 0,2826 mm2 Por lo tanto el valor de resistencia del carrete es: R = 0,017 x 120,45 / 0,2826 = 7,2 Ω APLICACIONES DE LA LEY DE PEUILLET De la fórmula 3–1 se derivan estas otras tres con las cuales se resuelven muchos problemas que se plantean con frecuencia en trabajos con bobinados eléctricos: I = R x s / ρ (2) S = ρ x I / R (3) ρ = R x s / I (4) En todas estas fórmulas la longitud I se expresa en metros, la resistencia R en óhmios, la sección S en milímetros cuadrados y ρ es el valor de resistencia específica, obtenido de la tabla correspondiente. PROBLEMA 1: Se desea conocer la cantidad de vueltas que tiene un carrete de alambre de cobre de 0,2 mm de diámetro, cuyo diámetro medio, es de 10 cm y el valor de resistencia eléctrica total es de 250 Ω. La sección del alambre mencionado es de: S = 0,785 x 0,2 x 0,2 = 0,0314 mm2 El coeficiente de resistividad del cobre comercial es de 0,017, por lo que la longitud total del alambre resulta: I = 250 x 0,0314 / 0,017 = 462 m Como el diámetro medio del carrete es de 10 cm, la longitud de cada vuelta promedio resulta de 31,4 cm. Dividiendo el largo total del alambre por la longitud de cada vuelta, en metros, obtenemos la cantidad de vueltas: N = 462 / 0,314 = 1471 espiras. PROBLEMA 2: Deseamos conocer el diámetro de alambre de cobre comercial, que tiene el arrollamiento de un transformador, sabiendo que está formado por 1.000 vueltas de un diámetro de 8 cm en promedio y que su resistencia total es de 300 Ω. La longitud de cada vuelta es de 3,14 x 8 = 25,12 cm, por lo que las 1.000 vueltas tienen una longitud total de alambre de: 25,12 x 1.000 = 25.120 cm = 251,20 m. Con los datos indicados, la fórmula 3 permite calcular que el valor de la sección debe ser: S = 0,017 x 251 / 300 = 0,0142 mm2 Conocida la sección puede conocerse el valor correspondiente al diámetro por la fórmula: d = √ S / 0,785 Con el valor obtenido, el diámetro es de: d = √0,0142 / 0,785 = √0,018 = 0,13 mm En la práctica no es necesario calcular el valor del diámetro, pues el mismo se obtiene de las tablas de alambres de cobre, conociendo la sección. En nuestro ejemplo, el alambre de sección más cercana en la tabla es de 0,016 mm2 y corresponde con un diámetro de 0,14 mm. Este es el valor que prácticamente debe considerarse, pues los alambres disponibles en el comercio tienen las medidas normalizadas que se indican en la tabla que se acompaña, la que corresponde a los de la fábrica norteamericana Brown y Sharpe (B & S). Las letras AWG son las iniciales de American Wire Gauge, que significa “Medida americana de alambre“. Las correspondientes medidas de numeración inglesa tienen una pequeña diferencia. Así el alambre de 0,46 mm de diámetro, corresponde exactamente a la medida americana 25 y con bastante aproximación a la medida inglesa 26. VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA CON LA TEMPERATURA En la mayor parte de las sustancias se modifica la resistencia al variar su temperatura. En casi todos los casos el valor de resistencia aumenta al aumentar la temperatura, pero hay algunas sustancias, llamadas semiconductoras, que tienen una variación en sentido opuesto, es decir que disminuyen su resistencia al aumentar la temperatura. Se llama coeficiente α (alfa) al valor en que varía la resistencia de una sustancia por cada ohm de resistencia y por cada grado centígrado de temperatura. Existen algunas aleaciones que mantienen su valor de resistencia casi constante con las variaciones de la temperatura, como por ejemplo la manganina (cobre 70 % y manganeso 30 %) cuyo coeficiente alfa (α) es de 0,00004 y especialmente el constantán que tiene un valor de alfa de 0,000000. La tabla de resistencias específicas indica los valores correspondientes a 0° C, de modo que para cualquier otro valor de temperatura debe ser corregido el valor de resistencia calculado, de acuerdo al coeficiente alfa que corresponda a la sustancia de que se trate, de acuerdo a la fórmula: R t = Ro x (1 + α t) (5) EJEMPLO: Un carrete de alambre de níquel puro ofrece un valor de resistencia de 150 Ω a la temperatura de 0° C. Se desea conocer el valor de resistencia que ofrecerá a 50° C. Comenzaremos por calcular el valor de alfa t contenido en el paréntesis. Como el níquel tiene un valor de alfa de 0,00622, resulta: α t = 0,00622 x 50 = 0,311 El nuevo valor de resistencia a 50° C resulta: R =150 x (1+ 0,311) = 150 x 1,311 = 197 Ω Cuando se conoce el valor de resistencia a una cierta temperatura t 1 y se desea calcular el valor que tendrá a otra temperatura t 2, se empleará la misma fórmula 5, pero se utilizará el valor de resistencia conocido como si fuera Ro y la diferencia entre t 1 y t 2 como el valor de t. Por otra parte, si el valor de resistencia ha disminuido, porque ha bajado la temperatura o porque se trata de un coeficiente negativo se divide por 1+ α t en lugar de multiplicar por este valor. EJEMPLO: Un arrollamiento de alambre de hierro ofrece un valor de resistencia de 120 Ω a 65° C. Se desea conocer qué valor tendrá a 20° C. La tabla indica para el hierro un coeficiente de temperatura de 0,0055 y el valor de variación de la temperatura es: t 1- t 2 = 65 –20 = 45° C . Por lo tanto resulta: α t = 0,0055 x 45 = 0,2475 Como el nuevo valor de resistencia resultará menor, por disminuir la temperatura, se tendrá: R = 120 / (1 + 0,2475) = 96,2 Ω De la fórmula 5 se obtienen estas otras dos fórmulas: α= (R t / Ro) – 1 / t (6) t = (R t / Ro) – 1 / α (7) En ambas fórmulas R t es la temperatura mayor y Ro la menor, siendo t la diferencia entre las dos temperaturas. EJEMPLO: Un carrete de alambre de cobre comercial tenía un valor de resistencia de 325 Ω a 25° C. Luego de un cierto tiempo de haber circulado por él una corriente eléctrica, se midió nuevamente la resistencia con un puente de Wheatstone y se obtuvo un valor de 350 Ω. Se desea conocer cuál fue la temperatura que alcanzó el alambre de ese carrete. t = (350 / 325) – 1 / 0,0039 = 20° C Este resultado indica que el alambre alcanzó una temperatura de 45° C, pues aumentó 20° desde los 25° que tenía en la primera medición. COEFICIENTES α (ALFA) Acero....................................0,003500 Acero al niquel..........................0,002010 Aluminio 94% Cobre 6%....................0,003810 Bronce fosforoso.........................0,000640 Cobre comercial..........................0,003900 Cobre 87%, níquel 6,5%, aluminio 6,5%....0,000650 Constatán (cobre55 % níquel 45%).........0,000000 Cromoniquel..............................0,000400 Carbón...................................0,000500 Hierro puro..............................0,005500 Hierro níquel............................0,000900 Maillechor...............................0,000360 Niquelina ................................0,000300 Níquel puro..............................0,006220 Oro 90%, plata 10% .......................0,001240 Plata....................................0,001870 Platino..................................0,002450 Plomo....................................0,004110 Silverina ................................0,002900 CONEXIONES DE ELEMENTOS: SERIE Y PARALELO Todos los elementos que constituyen un circuito eléctrico deben estar conectados entre sí, lo cual puede hacerse en serie, en paralelo o en conexión mixta. Se dice que dos elementos están conectados en serie entre sí cuando todos los electrones que pasan por uno de ellos, lo hace también por el otro. Están conectados en paralelo entre sí, cuando los electrones que forman la corriente eléctrica que actúa sobre esos accesorios, se divide en dos partes, una de las cuales circula por una de ellas y la otra por el otro. En la Figura 4, los resistores R1 y R2 están en serie entre sí y también lo están con la batería B. En la figura 5, la corriente I se divide en dos partes al llegar al punto B. Una de estas partes circula por R2 y la otra por R3, volviendo a reunirse en el punto A para formar la corriente primitiva. Los dos resistores R2 y R3 están conectados en paralelo entre sí y este conjunto lo está en serie con R1 y con el generador G. Muchas veces se nombra la conexión en paralelo con el nombre de “shunt“ (que en inglés significa desvío) o en derivación. También los generadores de electricidad se conectan en serie y en paralelo entre sí. En la Figura 6 se muestran tres generadores B1, B2, y B3 conectados en serie entre sí. La f.e.m. total del conjunto es igual a la suma de la de los generadores conectados, si todos impulsan a los electrones en el mismo sentido. Si alguno se conectara en forma opuesta a la polaridad indicada su f.e.m., se resta de la suma de los demás. En la Figura 7, se muestran tres generadores conectados en paralelo entre sí. En este caso todos deben tener el mismo valor de f.e.m. y el conjunto que forman tiene ese mismo valor de f.e.m RESISTENCIAS EN SERIE Y EN PARALELO Cuando dos o más valores de resistencia se encuentran en serie entre sí, forman un valor total resultante igual a la suma de ellos: Rt = R1 + R2 + R3 + R4 + etc. (8) En la Figura 8, se muestran tres resistores R1, R2 y R3, de 10, 6 y 8 Ω respectivamente, conectados en serie entre sí. El valor de resistencia resultante es: Rt = 10 + 6 + 8 = 24 Ω Cuando las resistencias óhmicas de dos elementos (R1 y R2) resultan conectadas en paralelo entre sí, (Figura 10), el valor de resistencia total resultante es: Rt = R1 x R2 / R1 + R2 (9 A) Cuando se conectan en paralelo dos o más valores iguales entre sí, el valor total resultante es igual al de uno de ellos dividido por la cantidad de valores considerados. Si se trata de dos valores, el valor resultante es igual a la mitad; si son tres, un tercio; si son cuatro, un cuarto, etc. del valor correspondiente a uno de ellos. Al conectar entre sí en paralelo, tres o más valores diferentes (Figura 9), puede considerarse primero a dos de ellos, obteniendo el valor resultante; luego se considera a ese valor resultante en paralelo con el tercero y así con los demás que pudiera haber. También puede emplearse en estos casos, la siguiente fórmula: Rt = 1 / (1 / R1) + (1 / R2) + …etc… (9 B) Como se aprecia, el valor resultante de dos o más resistencias en paralelo es igual al valor recíproco de la suma de los valores recíprocos de todos los valores considerados. Cuando los valores de resistencia resultan conectados entre sí en forma mixta, como en la Figura 11, el problema se resuelve reemplazando a los grupos de dos o más resistencias que están conectadas entre sí en serie o en paralelo, por los valores resultantes. Se va simplificando así el conjunto, hasta obtener el valor resultante final. ESTUDIO PRACTICO DE RESISTORES En los aparatos electrónicos es muy frecuente el empleo de accesorios fabricados especialmente para ofrecer un determinado valor de resistencia, a los que se denomina resistores, aunque también se los conoce vulgarmente como resistencias. Un receptor de radio común de 6 transistores, emplea unos 20 resistores y un televisor de 16 válvulas puede tener unos 100 resistores. Los resistores, o “resistencias“, pueden clasificarse en cuatro tipos o grupos: fijos, semifijos, variables y reguladores. De acuerdo a las sustancias empleadas en su fabricación, pueden ser de alambre, de composición, de grafito, con líquido, etc. Los de empleo más frecuente en electrónica son los dos primeros. En la figura 12, pueden verse los variados tipos de resistores fijos que se emplean en los aparatos electrónicos. Los numerados de 1 a 4 son los más empleados en aparatos de radio, amplificadores y televisores. Son de composición y tienen el cuerpo cilíndrico con un diámetro comprendido entre 2 y 10 mm y una longitud de 1 a 5 cm. Los de mayor tamaño se emplean cuando desarrollarán gran cantidad de calor, el cual depende de su valor óhmico y de la intensidad que circulará por ellos. Los de menor tamaño disipan 1/8 W, mientras que los mayores disipan hasta unos 5 W. Para potencias mayores se emplean los resistores de alambre, como el indicado en la Figura 13. En la Figura 13 se muestran dos resistores semifijos, caracterizados porque sus valores pueden variarse a voluntad, dentro de ciertos límites, mediante una brida o contacto corredizo. En la Figura 14 se muestra la construcción típica de resistores variables. Sobre una banda de material aislante hay una capa de grafito o de alambre arrollado, sobre la cual se desliza un brazo movible a voluntad. Cada extremo de la banda y el brazo deslizable se conectan a tres terminales. Cuando se utilizan estos tres terminales, el conjunto se llama potenciómetro y cuando se emplea solamente un extremo y el contacto deslizable, se denomina reóstato. El último grupo está formado por los resistores reguladores, que se caracterizan por variar su valor de resistencia en forma importante, al variar la temperatura. En algunos casos se emplean los fabricados con sustancias de alto valor de coeficiente alfa positivo, es decir que aumentan su resistencia con el aumento de la temperatura (se denominan PTC). En otros se emplean sustancias semiconductoras de coeficiente alfa negativo, o sea que disminuyen su resistencia al aumentar la temperatura (se denominan NTC), para compensar los aumentos que se producen normalmente en todas las sustancias metálicas al calentarse. VALORES NORMALIZADOS Para abaratar los costos de producción y racionalizar los valores de los accesorios que se utilizan en electrónica, se han adoptado tres escalas de valores normalizados, que tienen respectivamente tolerancias de 20, 10 y 5%. Los valores tienen dos cifras significativas y están comprendidos entre 10 y 91. Las diferencias entre ellos hacen que todo valor pertenezca a uno de los normalizados, dentro de la tolerancia correspondiente. Este tema y otros, referidos a resistores de precisión, capacitores, inductancias, electrolíticos de tantalio etc., se trata en profundidad en nuestra lección especial “Códigos de componentes”. TOLERANCIA: 20% FACTOR DE AUMENTO: 1,46. Ω 10 ————– 15 ———— 22 ———– 33 ————- 47 ———— 68 ————- TOLERANCIA: 10% FACTOR DE AUMENTO: 1,21. Ω 10 —-12—-15—-18—-22—-27—-33—-39—-47—-56—-68—-82 TOLERANCIA: 5% FACTOR DE AUMENTO: 1,10. Ω 10–11–12–13–15–16–18–20–22–24–27–30–33–36–39–43–47–51–56–62–68–75–82–91 De acuerdo a la tabla de valores normalizados, un resistor de 47Ω, por ejemplo, puede obtenerse en las tres tolerancias. Si se adquiere en la de 20%, el resistor lleva los colores correspondientes a su valor nominal de 47Ω, pero su verdadero valor puede ser uno cualquiera comprendido entre 56 y 38 Ω. Si el resistor está marcado con una tolerancia de 10%, su valor real debe estar comprendido entre 42 y 52 Ω. Por fin, si la tolerancia marcada es de 5%, el valor real debe estar comprendido entre 45 y 49 Ω. Naturalmente, cuanto menor es la tolerancia, mayor es el costo del resistor, porque exige una más cuidadosa selección durante las mediciones de los valores que han resultado en la producción. Cuando en los circuitos o diagramas se indican valores de 300, 400, ó 600 deberá emplearse los valores normalizados más cercanos que en la tolerancia de 20% son de 330, 470 y 680 Ω, respectivamente. En la tolerancia de 10% puede emplearse 270 ó 330 Ω para el primero, 390 Ω para el segundo y 560 Ω para el tercero; en la tolerancia de 5%, los valores a emplear son, respectivamente: 300, 390, y 620 Ω. RESISTORES FIJOS DE COMPOSICIÓN En los resistores fijos de composición, cuyos valores se indican por medio de franjas coloreadas, cuando el cuerpo queda aislado de sus terminales, su color puede ser cualquiera con excepción del negro. Generalmente tiene color marrón claro o tostado. Los resistores cuyos cuerpos no quedan aislados, tienen color negro. Otros resistores cuyos cuerpos no se marcan con franjas coloreadas, tienen el cuerpo con el mismo color de la primera cifra significativa. Hay dos sistemas para marcar los valores sobre los resistores fijos de composición. El más antiguo (desde hace años ya no se utiliza) es el que se indica en la Figura 15; el color del cuerpo (A) indica la primera cifra significativa, el de la cabeza (B), el de la segunda cifra significativa, el del punto (C) el multiplicador decimal o la cantidad de ceros a agregar y el color del otro extremo (D), el valor de la tolerancia. Cuando el extremo D no está especialmente coloreado, la tolerancia es de 20%; si está pintado de color plata es de 10% y si el color es oro, 5%. EJEMPLO: Un resistor cuyos colores son, cuerpo = rojo; cabeza = amarilla; punto = negro y cabeza 2 da.= oro, tiene un valor de 24 Ω, con 5% de tolerancia. Si un resistor está pintado, por ejemplo, todo de color rojo, su valor es de: 2.200 Ω, porque el cuerpo es rojo, lo mismo que la cabeza 1ra., y el punto. La cabeza 2da. No tiene color especial, de modo que la tolerancia es de 20%. El otro sistema de marcación es el de la Figura 16 y 17 (este último es el más moderno) emplea cuatro franjas coloreadas: la 1ra está sobre un extremo y corresponde a la 1ra. cifra significativa; la franja que está a su lado indica la 2da. cifra significativa; la que sigue corresponde al factor decimal o cantidad de ceros a agregar y la última da el valor de tolerancia. RESISTORES DE ALAMBRE PARA BAJA POTENCIA Para disipaciones de ½ a 2 W, se fabrican resistores de alambre, cuyos valores se marcan por medio del código de colores por el sistema de bandas, pero en ellos la banda A debe tener el doble de ancho que los demás. Para no utilizar alambres demasiado delgados, que se cortarían con mucha facilidad, estos resistores no se recomiendan más que hasta 470 Ω en el tamaño de ½ W, de hasta 2.200 Ω en 1 W y de hasta 3.300 Ω en 2 W. Estos resistores tienen una mayor estabilidad general que los de composición y por eso resultan preferibles en casos especiales. Leccion 3 temas: En breve lo hago fijence en mi perfil RELACIONES ENTRE I, V, y R LA LEY DE OHM APLICACIONES DE LA LEY DE OHM ÓHMETROS Y VOLTÍMETROS SENSIBILIDAD DE LOS VOLTÍMETROS PRECISIÓN Y EXACTITUD NUDOS DEL CIRCUITO – LEYES DE KIRCHHOFF PUNTOS EQUIPOTENCIALES CONEXIÓN DE PUNTOS QUE NO SON EQUIPOTENCIALES CAJAS DE RESISTENCIAS OTRAS FORMAS DE PUENTE DE WHEATSTONE CIRCUITOS DELTA Y ESTRELLA EQUIVALENTES SHUNTS RESISTENCIA INTERNA DEL MILIAMPERÍMETRO