• Author / Uploaded
• LeoGomez

• Categories
• Inductor
• Resistencia Eléctrica y Conductancia
• Corriente eléctrica
• Condensador
• Diodo

Citation preview

ELECTROTECNIA

CAJA DE ELECTRIDAD BÁSICA mod. CBE-1/EV

Tomo 1/2 MANUAL APLICATIVO CON LAS PRÁCTICAS A DESARROLLAR

manual PROFESOR/ALUMNO

© COPYRIGHT BY ELETTRONICA VENETA SPA

CBE101S0.DOC

Normas de seguridad

NORMAS DE SEGURIDAD

Leer atentamente las advertencias contenidas en el presente manual, ya que proporcionan informaciones importantes referentes a la seguridad durante la instalación, el uso y el mantenimiento del equipo. í Conservar el presente manual para cualquier consulta adicional. DESEMBALAJE Tras haber quitado el embalaje, poner a un lado todos los accesorios de modo que no se pierdan y cerciorarse de la integridad del equipo; en particular, que el mismo esté íntegro y que no presente daños visibles. Antes de conectar el equipo a la red de distribución eléctrica, cerciorarse de que los cables estén conectados debidamente con la unidad de alimentación. Los cables de alimentación deberán colocarse de manera tal como para que no puedan ser pisados o aplastados por objetos. El equipo presenta hendiduras y aperturas para la ventilación, al objeto de garantizar un funcionamiento fiable del mismo y protegerlo contra el recalentamiento; las referidas hendiduras y aperturas no deberán obturarse ni cubrirse. El equipo deberá situarse en una posición que permita su aireación. Cualquier operación de instalación del equipo deberá ajustarse a las instrucciones del fabricante y deberá realizarse utilizando los accesorios aconsejados. Este equipo deberá destinarse sólo para el uso para el cual ha sido manifiestamente concebido; es decir, como sistema didáctico, y deberá utilizarse bajo el directo control por parte de personal experto. Cualquier otro uso deberá considerarse impropio y por lo tanto peligroso. El fabricante no podrá considerarse responsable de eventuales daños debidos a un uso impropio, erróneo o irrazonable del sistema. PRECAUCIONES AI objeto de amparar la seguridad y la incolumidad del operador, así como el funcionamiento del equipo, el uso de aparatos eléctricos contempla el cumplimiento de algunas reglas fundamentales; en particular, deberán respetarse las normas de uso siguientes: Temperatura ambiente entre 0°C y 45°C Humedad relativa entre 20% y 80% así como deberá evitarse cualquier cambio rápido de temperatura y humedad.

En caso de avena y/o mal funcionamiento, apagar inmediatamente el equipo y no efectuar descomposturas. Para llevar a cabo una eventual reparación, dirigirse al centro de asistencia técnica o pedir exclusivamente piezas de re puesto originales. El incumplimiento de lo anterior podrá pretjudicar la seguridad del equipo. Si penetraran objetos o líquidos en el interior del equipo, desconectar el cable de alimentación y pedir el control por parte de personal cualificado antes de utilizarlo nuevamente.

LIMPIEZA DEL SISTEMA Utilizar un paño suave y seco para la limpieza del armazón y del panel sinóptico. Jamás utilizar insecticidas, productos químicos o disolventes.

VIBRACIONES E IMPACTOS Prestar atención a no causar vibraciones o impactos.

1. Esta máquina deberá destinarse sólo para el uso para el cual ha sido manifiestamente concebida; es decir, como máquina didáctica, y deberá utilizarse bajo el directo control por parte de personal experto. Cualquier otro uso deberá considerarse impropio y por consiguiente peligroso. El fabricante no podrá considerarse responsable de eventuales daños debidos a un uso impropio, erróneo o irrazonable de la máquina. 2. Todas las conexiones requeridas para alimentar la máquina o las máquinas eléctricas deberán efectuarse con la máquina apagada y con las partes rotatorias inmóviles, utilizando exclusivamente cables al efecto con clavija de 4 mm y protegidos contra los contactos accidentales o de seguridad. 3. La máquina deberá accionarse sólo con las protecciones insertadas, al objeto de salvaguardar las juntas de acoplo. Para satisfacer las exigencias de acoplo con otras máquinas de la misma serie, algunas protecciones son de tipo móvil, las cuales deberán insertarse para la salvaguardia del extremo que queda asequible. Si por exigencias especificas de uso de la máquina las juntas de acoplo quedaran asequibles, como forma de protección deberá adoptarse el distanciamiento; la máquina o el grupo de máquinas deberá situarse de forma tal como para que no sea alcanzado por el operador durante su funcionamiento. Este símbolo indica que este producto, no se mezcla con los residuos generales de su hogar. De conformidad con la legislación vigente, existe un sistema de recogida distinto para los productos que requieren un procedimiento adecuado de tratamiento, recuperación y reciclado. Al actuar siguiendo estas instrucciones, se asegurará de que el producto de desecho se someta a los procesos de tratamiento, recuperación y reciclaje necesarios, con lo que se previenen los efectos negativos potenciales para el entorno y la salud humana.

Indice

INDICE

1. 2.

3.

4.

5.

6.

Introducción ........................................................................................................................................Page 1 Definiciones....................................................................................................................................................2 2.1 Corriente eléctrica-electrones-lagunas-amperios................................................ 2 2.2 Tensión eléctrica-pilas eléctricas-voltios............................................................ 3 2.3 Transformador..................................................................................................... 4 2.4 Fusibles ............................................................................................................... 5 2.5 Amperímetro ....................................................................................................... 6 2.6 Voltímetro ........................................................................................................... 8 2.7 Resistencia .......................................................................................................... 9 2.8 Potenciómetro ................................................................................................... 11 2.9 Diodo a semiconductor ..................................................................................... 12 2.10 Condensador ..................................................................................................... 14 2.11 Inductor ............................................................................................................. 16 2.12 Lámpara incandescente ..................................................................................... 18 2.13 Timbres ............................................................................................................. 19 2.14 Pulsante ............................................................................................................. 20 2.15 Desviador e interruptor ..................................................................................... 21 2.16 Relé electromagnético....................................................................................... 22 Medición de tensiones y de corrientes...................................................................................................23 3.1 Generalidades.................................................................................................... 23 3.2 Errores sistemáticos .......................................................................................... 24 3.3 Corriente alterna................................................................................................ 28 3.4 Ejercicios de aplicación .................................................................................... 35 Introducción de diodos con varias configuraciones..........................................................................40 4.1 Rectificador a una semionda ............................................................................. 40 4.2 Rectificador a doble semionda.......................................................................... 43 4.3 Rectificador a puente de Graetz........................................................................ 45 4.4 Duplicador de tensión (1).................................................................................. 47 4.5 Duplicador de tensión (2).................................................................................. 49 Mediciones de tensión y corriente continua ........................................................................................51 5.1 Medición de tensiones continuas ...................................................................... 51 5.2 Medición de corrientes continuas ..................................................................... 57 Introducción de resistencias con varias configuraciones: resistencias en serie y paralelo, partidores de tensión y de corriente, principios de Kirchoff y teorema de Thevenin..............63 6.1 Mediciones de resistencia - verificación de la ley de Ohm .............................. 64 6.2 Resistencias en serie - resistencia total - partidor de tensión............................ 69 6.3 Resistencias en paralelo - resistencia total -partidor de corriente..................... 73 6.4 Serie y paralelo de resistencias - resistencia total-partidor de tensión y corriente ........................................................................................ 77 6.5 Transferencia máxima de potencia ................................................................... 81 6.6 Principios de Kirchoff en los nudos y en las redes principio de sobreposición de los efectos ......................................................... 83 6.7 Teorema de Thevenin........................................................................................ 87

1 - Introducción

1 INTRODUCCION La caja mod. CBE-l/EV constituye un equipo práctico y eficaz para la presentación y la introducción del ramo de electricidad. Permite realizar circuitos básicos con elementos eléctricos, combinados con la ayuda de cables flexibles y bujes, montados en el panel superior de la caja. Para un buen resultado didáctico, se aconseja realizar los experimentos, manteniendo lo más posible el orden según el cual son presentados en este manual.

1

2.1 Corriente electrica

2- DEFINICIONES 2.1- CORRIENTE ELECTRICA - ELECTRONES - LAGUNAS - AMPERIOS Por corriente eléctrica se entiende, en su aceptación más original, un movimiento de cargas eléctricas. Este movimiento se realiza normalmente en medio de metal y, por ésto son llamados conductores eléctricos: en este caso, las partículas cargadas que constituyen la corriente eléctrica son denominadas electrones. Pero también se pueden tener corrientes eléctricas sin necesidad de que estén interesados los materiales conductores: piénsese para este propósito a los movimientos de las partículas cargadas en la ionosfera terrestre. En electrónica existen corrientes eléctricas en materiales denominados semiconductores. En los materiales llamados conductores los electrones libres, o sean aquellas partículas que pueden moverse (más adelante veremos las causas), se encuentran en grandes cantidades. En los materiales semiconductores la cantidad de electrones libres es mucho menor. En los materiales que no son conductores, o aislados, la cantidad de electrones libres es infinitamente pequeña.

3 Hablando de materiales semiconductores, estamos acostumbrados a considerar la corriente eléctrica constituida por dos tipos de partículas: los electrones y las lagunas; en donde por laguna se entiende la falta de electrones. En realidad, una laguna no es una partícula física efectivamente existente, pero desde el punto de vista de la corriente, una laguna se comporta como una carga positiva igual, en módulo, a la carga del electrón (que constituye la carga negativa elemental). Volviendo a la corriente eléctrica ésta está caracterizada por tres parámetros: una intensidad, una dirección y un sentido. Esto se debe a que es una grandeza vectorial y no escalar. Unidad de medición de la intensidad es el amperio (símbolo A). Hablando de corrientes elevadas, se entienden intensidades del orden de las decenas o centenas de amperios; por pequeñas corrientes se entienden las corrientes del orden de las millonésimas y mil millonésimas de A. y se hablará. de micro- amperios (/uA) y nanoamperios (nA) respectivamente. En electrónica los dispositivos a semiconductor (diodos, transistores, etc.) normalmente tienen corrientes del orden del milésimo de amperios (mA) o del amperio. El instrumento para medir la corriente es denominado « amperímetro”, su símbolo eléctrico es dado en la fig. 2-1-1.

-2-

2.2 – Tension eléctrica

2.2 TENSION ELECTRICA - PILAS ELECTRICAS - VOLTIOS En el párrafo anterior se ha hablado del fenómeno de la corriente eléctrica como movimiento de electrones; hablemos ahora de la causa provocadora de este movimiento. Considérese para este propósito el curso del agua de un río: lo que hace mover aquellas partículas y el desnivel existente entre la surgente y cualquier otro punto a valle, en el curso del río. En términos fisicos se habla de una diferencia de energía potencial debida a la fuerza de atracción terrestre: la gravedad. 1-lablando también de movimiento de los electrones se regresa al mismo concepto de la diferencia de energía, solamente que, en este caso, se trata de un potencial eléctrico y no de gravedad. Por tensión eléctrica se entiende entonces una diferencia de potencial eléctrico y siempre es medida, obviamente, entre dos puntos; eventualmente, uno de los cuales podría ser considerado como punto de referencia. Generadores de tensión son las pilas o baterías comunes que existen en comercio. (Véase el símbolo en la figura 2.2.l). Que cosa sucede dentro de una pila?. Obviamente existe una diferencia de potencial o tensión a los dos bornes y ésta es debida a un acúmulo de electrones por una parte, y a una correspondiente rarefacción o falta de electrones, por otra parte.

5 Esta situación es el resultado de una reacción química que se ha realizado en el interior de la pila misma. Esta reacción química comporta una transformación de energía, o bien de química a electrónica. La energía que ha sido necesaria para la realización de la reacción se encuentra, como energía potencial en potencia) o mejor como diferencia de energía potencial, a los bornes de la pila. Inclusive la tensión eléctrica es una grandeza vectorial: o sea que posee una intensidad, una dirección y un sentido. El voltio es la unidad de medición de la intensidad de tensión (Símbolo V). Los valores de tensión acostumbrados en electrónica son del orden del V o de las decenas de voltios. La tensión es medida mediante el instrumento llamado “Voltímetro”, cuyo símbolo eléctrico es mostrado en la fig. 2.2.2.

Fig. 2.1.1 Símbolo eléctrico de un amperímetro.

Fig. 2.2.1 Símbolo eléctrico de una pila

-3-

Fig. 2.2.2 Símbolo eléctrico de un voltímetro.

2.3- transformador

2.3 TRANSFORMADOR Se trata de un dispositivo eléctrico adecuado para transformar el valor de una tensión eléctrica alterna. Por tensión eléctrica alterna se entiende una tensión la cual varia, alternativamente, la polaridad propia. Hasta ahora se había hablado de tensiones continuas o sea, tensiones con polaridades fijas: bien, un dispositivo tal, puede funcionar solamente con tensiones alternas. Constructivamente, un transformador aparece construido por un bobinado (llamado primario), dispuesto alrededor de un núcleo de material particular llamado ferromagnético (véase la fig. 2-3-1). Aplicando una tensión alterna al primario, la tensión que se obtiene (por efecto “inductivo”) en el secundario es proporcional a la primera, según un coeficiente constante igual a la relación entre las espirales del bobinado del secundario y el del primario. El símbolo eléctrico de un transformador es mostrado en la fig.2-32(transformador con dos secundarios). El principio en el cual se basa un dispositivo tal es el de la inducción electromagnética, según el cual haciendo circular una corriente en un bobinado, puesto en un núcleo de material ferromagnético (imagínese un imán), se generan en el núcleo mismo, fuerzas llamadas electromagnéticas, las cuales provocan, en cualquier bobinado dispuesto al rededor del núcleo mismo (Véase la fig.2.3.l), tensiones llamadas “inducidas”. Las grandezas características para un transformador son: • la relación de transformación o relación entre las espirales del secundario y las del primario; • la potencia en la cual puede trabajar; • la tensión máxima al primario; • la corriente máxima al primario. El transformador disponible en la caja está marcado con la letra T.

Fig. 2.3.1 Esquema simplificado.

Fig. 2.3.2 Esquema eléctrico.

-4-

2.4 Fusible

2.4 FUSIBLES Dispositivo de protección de los circuitos, actúa por fusión, interrumpiendo el circuito en el cual está. colocado. Se trata de un elemento resistivo oportunamente calibrado: cuando la intensidad de la corriente, en el circuito, alcanza el valor establecido, tenemos la fusión del elemento. El símbolo eléctrico del dispositivo es mostrado en la fig. 2-4-1. Los fusibles son clasificados en base a la corriente, en correspondencia de la cual funden. Los fusibles disponibles en la caja están marcados con Fl y F2.

Fig. 2.4.1 Símbolo eléctrico de un fusible.

-5-

2.5- Amperimetro

2.5 AMPERIMETRO

Se llaman amperímetros aquellos instrumentos de medición de la intensidad de corriente que se usan en las mediciones industriales. Algunas veces son citados con el nombre de submúltiplos o múltiplos del amperio y de este modo tenemos miliamperimetros, microamperímetros o kiloamperímetros, etc. El amperímetro debiendo medir la corriente que atraviesa un circuito debe ser colocado en serie en el circuito para que esta colocación no altere sensiblemente la resistencia (o la impedancia, si se trata de corriente alterna) del circuito y, por lo tanto, la intensidad de corriente que circula en éste, el amperímetro debe tener una resistencia interior (impedancia) muy pequeña (fracción de ohm). El producto entre la resistencia interior Ri (o impedancia Zi) y la corriente I que lo atraviesa, indica la caída de tensión que tendremos en los bornes del amperímetro; generalmente ésta es de pocos milivoltios (60 a 80 mV cuando el índice llega al fondo escala). El consumo propio del instrumento es la potencia que se disipa en éste por el efecto Joule: esta potencia es dada por el producto Ri x I2 (también en caso de corriente alterna.). La resistencia interior deberá ser tan menor cuan mayor sea la capacidad del instrumento para no tener caídas fuertes de tensión en los bornes del amperímetro. Los amperímetros pueden ser adaptados solamente para la corriente contínua o bien solamente para la corriente alterna, o bien indiferentemente para corriente contínua y alterna. Para estos tres casos el principio de funcionamiento, para el cual está basado el instrumento, es diferente. Por lo tanto tendremos amperímetros a bobina móvil o rnagnetoeléctricos (fig. 2.5.1) para mediciones de corrientes continuas; amperímetros a hierro móvil o electromagnéticos (fig. 2.5.2) pare. mediciones de corrientes continuas o alternas. Amperímetros electrodinámicos (fig. 2.5.3) para medir sobre todo corrientes alternas y también continuas. El amperímetro disponible en la caja está marcado con la letra A.

-6-

2.5 Amperimetro

Fig. 2.5.1 Instrumento a bobina móvil a oponer en el cuadrante)

Fig. 2.5.2 Símbolo para el (signo instrumento a hierro móvil

Fig. 2.5.3 Símbolos de instrumentos electrodinámicos. • • •

a la izquierda: electrodinámico al centro: ferrodinámico a la derecha: electrodinámico protegido

-7-

2.6- Voltimetro

2.6 VOLTIMETRO

Se llaman voltímetros aquellos instrumentos indicadores de la diferencia de potencial que existe entre dos puntos de un circuito y que son usados en las mediciones industriales. Algunas veces son indicados con el nombre de submúltiplos o múltiplos del voltio, así tenemos milivoltímetros o kilovoltímetros etc. El voltímetro debe ser colocado derivante entre los dos puntos entre los cuales se quiere medir la d.d.p. Pare. que esta colocación no altere notoriamente las características del circuito, la resistencia interior del voltímetro debe ser muy grande (por ej. 33 ohm per cada voltio de la escala del voltímetro). Por lo tanto un voltímetro con 150 Voltios de capacidad tendrá por ejemplo una resistencia interior de 5000 ohm y absorbirá una corriente muy pequeña (en este caso 30 mA). Por lo tanto la resistencia interior de un voltímetro será tan mayor cuan mayor es la capacidad. Según el principio utilizado para su funcionamiento los voltímetros pueden ser adaptados solamente para la corriente continua obien, solamente para la corriente alterna, o bien sea para la corriente continua como alterna. Por lo tanto en este caso Por lo tanto en este caso tendremos voltímetros con bobina móvil o magnetoeléctricos (fig. 2-5-1)para la medición de tensiones continuas, voltímetros a hierro móvil o electromagnéticos (fig. 2-5-2) para mediciones de tensiones continuas o alternas, voltímetros electrodinámicos (fig. 2-5-3) para mediciones sobre todo de tensiones alternas pero también continuas. El voltímetro disponible en la caja está marcado con la letra A.

-8-

2.7 Resistencia

2.7- RESISTENCIA Se trata de un elemento a dos polos (bípolo) de origen pasivo. En efecto, existen elementos activos y pasivos. Por elemento activo se entiende un dispositivo en grado de erogar energía eléctrica o bien de dar lugar a una amplificación (de corriente o de tensión o de ambas). En cambio por elemento pasivo se entiende un dispositivo que no posee estas características. En efecto, una resistencia necesita ser alimentada, o sea sometida a una diferencia de potencial eléctrico con el fin de que una corriente la pueda atravesar. Cuando la resistencia es recorrida por la corriente, se calienta: en efecto, por su naturaleza se opone al pasaje de la corriente (o bien a una determinada “resistencia”). Como consecuencia tenemos un desarrollo de calor, o disipación de potencia. Este es el fenómeno conocido como “Ley de Joule”, cuya ley indica que existe una relación de proporcionalidad directa entre energía transformada en calor y “resistencia” del elemento. Antes de dar esta relación en forma matemática, considérese otra. ley, conocida como ley de Ohm, por la cual tenemos que, en cada resistencia, el flujo de la corriente provoca una caída de tensión proporcional a la corriente misma. Matemáticamente: V = R⋅I

(1)

en donde V es la tensión a la cual se ha sometido la resistencia, I es la corriente que lo atraviesa. Por lo tanto R representa el coeficiente de proporcionalidad entre las dos grandezas y asume el nombre de resistencia eléctrica. Su unidad de medición es el ohm (Ω): por ésto, tenemos que una resistencia de 1 ohm cuando es sometida a la tensión de i voltio, es atravesada per la corriente de 1 amperio. Ahora, consideremos la definición de potencia eléctrica: se dice potencia eléctrica el producto de la tensión x por la corriente. Ahora, si en la 1) multiplicamos el 1 y el 2 miembro por la corriente I se obtiene: V ⋅I

=

(

R⋅I ⋅I = R⋅I2

)

(2)

El producto V ⋅ I es la potencia P aplicada a la resistencia y su unidad de medición es el vatio (W): 1 vatio es igual al producto de le. tensión de 1 voltio para la corriente de 1 A. -9-

2.7 Resistencia

La relación 2) puede ser escrita de nuevo en la forma 3): P = R⋅I2

(3)

la cual representa la Ley de Joule. Por lo tanto dicha ley afirma que la potencia disipada en calor, per una resistencia, es directamente proporcional al producto de su resistencia por el cuadrado de la corriente que lo atraviesa. El motivo físico que es la base de todos estos fenómenos reside en la naturaleza misma de la corriente eléctrica la cual, como ya se ha dicho, es un movimiento de electrones. La materia está constituida por átomos. Estos pueden ser considerados como unión de un electrón (que es la partícula elemental de carga negativa unitaria) y de un protón (partícula elemental de carga positiva unitaria), el cual tiene una masa mucho más grande que la del electrón (casi 1860 veces más grande). Un átomo por su naturaleza, es neutro, o sea, no presenta polaridades eléctricas: durante el movimiento de los electrones en un material resistivo se suceden choques con átomos neutros y por causa de estos choques hay un desarrollo de energía que se manifiesta en calor. Cuanto más numerosos sean estos choques, el calor disipado será mucho más grande. El símbolo eléctrico de una resistencia está representado en la fig. 2-71 a) o b). Las resistencias disponibles en la caja están marcadas con las letras R1, R2..R10.

a

b

Fig. 2.7.1 Símbolo eléctricos de un resistor.

- 10 -

2.8 Potenciometro

2.8- POTENCIOMETRO Además de las resistencias que presentan un valor de resistencia fija (no existen resistencias similares por cuanto el valor de la resistencia varia con la temperatura, en forma más o menos grande según sea el material que constituye la resistencia y, en el sentido que aumenta con el aumentar de ésta), también existen elementos para los cuales es posible variar el valor de sus resistencias según determinadas leyes. Dicho elemento toma el nombre de potenciómetro. Para variar el valor de sus resistencias se actúa comúnmente, en la longitud del elemento: en efecto, existe una relación de proporcionalidad directa entre resistencia y longitud del elemento resistivo. El símbolo eléctrico de un potenciómetro está representado en la fig. 2-8-1 a). El borne es llamado “cursor” del potenciómetro: desplazando dicho cursor a lo largo del potenciómetro se obtiene una resistencia variable entre los puntos A y C o C y B. En la fig. 2-8-1 b) se ha mostrado otra forma de utilizar un potenciómetro: en este caso, desplazan do el cursor, se varia directamente la resistencia entre los puntos A y B. La resistencia de un potenciómetro puede variar según la ley lineal (proporcionalidad directa entre desplazamiento del cursor y variación de la resistencia), o bien logarítmica, y otras más. El potenciómetro disponible en la caja está marcado con las letras RV.

C A

B

a

A

B

b

Fig. 2.8.1 Símbolo eléctrico del potenciómetro.

- 11 -

2.9 Diodo a semiconductor

2.9- DIODO A SEMICONDUCTOR Ya se ha introducido el material semiconductor, hablando de la corriente eléctrica. En los dispositivos electrónicos, los materiales semiconductores normalmente usados son dos: el germanio y el silicio. Pare. que tales elementos se vuelvan efectivamente adecuados pare. ser usados en los dispositivos electrónicos, es necesario agregarles átomos de otros elementos, o impuridad, o sea, que dichos elementos estén, como se suele decir, “drogados”. Es la introducción de esta impureza la que cambia completamente el comportamiento de estos elementos. Existen dos tipos de impurezas: tipo N y tipo P. En las zonas drogadas con impureza tipo N existe un exceso de electrones y éstos son los responsables de la conducción, mientras que en las zonas tipo P existen excesos de lagunas (véase párrafo 2-1). El sentido de la corriente, debido a los electrones, es opuesto al de sus movimientos, mientras que pare. la corriente debida a las lagunas el sentido es concorde. Desde el momento que los electrones se mueven siempre desde un punto con potencial eléctrico menor hacia un punto con potencial eléctrico mayor, mientras que lo contrario sucede pare. las lagunas, resulta que la corriente total es igual a la suma de las corrientes debidas a estas dos partículas unitarias. Drogando un mismo elemento de semiconductor, con una parte P y con una parte N, se pueden notar estos fenómenos (fig. 2-9-1). •

aplicando una tensión eléctrica, positiva del lado N, no tenemos algún pasaje de corriente: diodo polarizado en sentido inverso;

•

aplicando una tensión eléctrica, positiva desde el lado P, la estructura conduce una corriente poco a poco mayor, con el aumentar de la tensión: diodo polarizado en sentido directo.

De estos experimentos se deduce que dicha estructura constituida por una zona P y una zona N, con contacto atómico, conduce la corriente en un solo sentido. Esto es lo que comúnmente se llama diodo a semiconductor. Otras características de los diodos a semiconductor son: • se necesita superar una determinada tensión, llamada tensión de umbral, antes de obtener un pasaje de corriente (dicho valor es diverso para los diodos al germanio o los diodos al silicio) pero, - 12 -

2.9 Diodo a semiconductor

una vez en conducción, la tensión en el diodo prácticamente queda constante inclusive si la corriente resulta mis grande; aplicando una tensión positiva desde el lado N, existe un valor tal por lo que el dispositivo se destruye, en el sentido de que no logrará bloquear la corriente: dicho fenómeno es llamado “descarga a avalancha”. Diversas son las grandezas características de un diodo, entre ellas: •

a corriente máxima que puede conducir;

•

la potencia máxima que puede disipar.

El símbolo eléctrico de un diodo a semiconductor está ilustrado en la fig. 2-9-2: le. flecha indica el posible sentido de la corriente. El lado A representa el ánodo del diodo, mientra que el C el cátodo. Los diodos disponibles en la caja están marcados con las letras: Dl D2 - D3 - D4.

Fig. 2.9.1 Diodo a semiconductor.

Fig. 2.9.2 Símbolo eléctrico de un diodo a semiconductor.

- 13 -

2.10 Condensador

2.10- CONDENSADOR Se trata de un elemento que está en grado de almacenar energía eléctrica. Supongamos y consideremos dos planchas de metal (conductoras), separadas entre si, como en la fig. 2-10-1. Además, supóngase sustraer de algún modo, una determina da cantidad de electrones de una plancha y llevarlos a otra: así se crea una diferencia de potencial V. Si llamamos Q a la carga total desplazada, tenemos como resultado una relación de proporcionalidad directa entre la carga Q y la tensión V. Esta se puede expresar con la ley:

Q = C ⋅V

(1)

en donde C representa el coeficiente de proporcionalidad y es llamado “capacidad” del condensador. Por lo tanto se puede deducir que un condensador es un dispositivo con dos bornes, capaz de almacenar una cantidad determinada de cargas. Si se conectase una batería a los bornes del condensador y se colocase un amperímetro (con la resistencia de limitación de la corriente R) y un voltímetro como se muestra en la fig. 2-10-2, cerrando el interruptor S se notarían estas fases: 1) Antes que nada en el condensador pasa corriente (señalada per la indicación del instrumento A); 2) Per lo tanto cesa el pasaje de corriente (el amperímetro señala cero) y el voltímetro da un valor de tensión E igual a la de la batería. Esto significa que el condensador se ha “cargado” y ahora posee una determinada “energía eléctrica almacenada”, la cual se manifiesta como una tensión a los extremos del dispositivo mismo. Las planchas del condensador son denominadas “armaduras “, mientras que entre una armadura y otra siempre existe un material aislante o dieléctrico (= no conductor) que puede ser aire, papel impregnado de aceite, mica, etc. Las formas constructivas del condensador son muchas; las mis comunes son las formas cilíndricas, como las resistencias a disco, etc. La unidad de medición de le capacidad es el Faradio (F) el cual constituye una valor muy elevado, per lo que comúnmente se usan los submúltiplos: los pF (picofaradios = 10-12F), nF (nanofaradios = 10-9F), μF (microfaradios = 10 -6F), mF (milifaradios = 10 -3F). Una pequeña capacidad es del orden del pF, mientras que por una capacidad elevada se entiende un valor del orden del μF.

- 14 -

2.10 Condensador

También pare. los condensadores como pare. las resistencias existen las variables: la capacidad de un condensador depende del material dieléctrico empleado, de la superficie de las armaduras asomadas, y de la distancia de las armaduras mismas. Normalmente en los condensadores variables, la variación de la capacidad es obtenida variando la superficie asomada de las armaduras. El símbolo eléctrico de un condensador variable está representado en la fig. 2-10-3. Los condensadores disponibles en la caja están marcados con las letras C1 - C2 - C3.

Fig. 2.10.1 Condensador plano.

Fig. 2.10.2 Carga de un condensador.

a

b

Fig. 2.10.3 Símbolo eléctrico de un condensador fijo (a) y variable (b).

- 15 -

2.11 Inductor

2.11- INDUCTOR Un inductor está constituido per una bobina de alambre conductor. Cuando en éste circula corriente se genera un campo magnético que obstacula la corriente misma. Cuando se interrumpe el pasaje de la corriente o se invierte su dirección de propagación, el campo magnético disminuye dando así origen a una fuerza electromotríz (f.e.m.) que tiende a mantener el pasaje de la corriente. El inductor es utilizado pare estabilizar la corriente. En la fig. 2-11-1 el inductor A está conectado a un generador de corriente alterne., o sea, de una corriente que cambia dirección de propagación rápidamente. El inductor de le. fig. 2-11-2 tiene una cantidad mayor de espirales y per lo tanto se opone en forma mayor al pasaje de la corriente. Un inductor con una cantidad mayor de espirales tiene una “inductancia” más elevada. La reactancia en ohm es un índice de esta oposición al pasaje de la corriente. En la fig. 2-11-3 el generador tiene una frecuencia de cincuenta ciclos per segundo (50 c/s e también 50 Hz), esto significa que se manifiestan 50 variaciones de dirección de propagación por cada segundo. En la fig. 2-11-4 la frecuencia es de 100 Hz. La reactancia de este inductor es el doble de la del inductor A, o sea, ésta aumenta con la frecuencia. La unidad de medición de la inductancia es el Henrio (H). Los valores pequeños se miden en mH (milihenrio en μH (microhenrio). También en este caso existen inductores fijos e inductores variables. Los inductores fijos son aquellos que presentan en sus terminales, una inductancia nominal constante. Fundamentalmente estos son de dos tipos: los que tienen núcleo de material amagnético e diamagnético y los que tienen núcleo de material ferromagnético. En el comercio existen diferentes tipos de inductores fijos sea en aire que con núcleo de material ferromagnético. Pero, los inductores, como diferencia de los otros componentes, son construidos bajo las especificaciones del usuario solicitando técnicas y medios constructivos de entidades modestas. Esto también depende del hecho que un inductor es un componente mis bien critico, que satisface las especificaciones dentro de un campo restringido de condiciones de uso y per lo tanto debe ser proyectado en relación a una situación de empleo particular. Las principales características eléctricas de los inductores son: a) el valor de inductancia y la tolerancia b) las pérdidas en el conductor c) las capacidades parásitas d) el comportamiento en frecuencia e) el factor de calidad f) el coeficiente de temperatura g) la tensión de aislamiento h) la estabilidad

- 16 -

2.11 Inductor

La mayor parte de las bobinas en aire tienen uno o varios estratos envueltos en soportes cilíndricos aislantes. Otros tipos de soportes usados, son aquellos tiroidales, a disco, etc. El bobinado puede ser impregnado para reforzar el aislamiento mientras que la bobina puede ser encerrada en un estuche metálico. Los inductores fijes, con núcleo ferromagnético, están equipados con un núcleo en el cual se desarrolla, todo o parcialmente, en el proceso de las líneas de flujo. El material ferromagnético, dada su elevada permeabilidad, le confiere al inductor, a iguales dimensiones, una inductancia muy superior a la de un inductor en aire. Sin embargo todos los materiales ferromagnéticos empleados presentan, junto con la ventaja de una permeabilidad elevada, algunas características que limitan su empleo: la no linearidad y la saturación, la histéresis y además, una conducción mis o menos elevada que, en régimen variable, da lugar a corrientes parásitas. En cambio, los inductores variables generalmente son en vueltos en aire y están formados per dos bobinados acoplados mutuamente, conectados en serie y móviles uno con respecto al otro. Los inductores disponibles en la caja están marcados con las letras L1 - L2. inductor

Fig. 2.11.1

Fig. 2.11.2

Fig. 2.11.3

Fig. 2.11.4

- 17 -

2.12- Lampara incandescente

2.12- LAMPARA INCANDESCENTE, llamada también lámpara a filamento Está caracterizada por: •

la virola, parte enroscada que permite la conexión al portalámparas. La virola o conexión puede asumir dimensiones variadas: micrón, miñón, normales, etc. ; normalmente los tipos empleados en las lámparas, usadas pare. instalaciones de iluminación son miñón y normales.

•

la ampolla de vidrio, a la cual se le ha practicado el vacío o se le ha puesto un gas inerte que contiene el filamento. La ampolla es necesaria porque si el filamento estuviese en el aire se quemaría; puede ser transparente, esmerilada e también de color;

•

el filamento realizado en tungsteno, con el pasaje de la corriente eléctrica, se vuelve incandescente (temperatura de funcionamiento aprox. 2400°) y emite luz. Generalmente las lámparas están individualizadas per la tensión de alimentación y per la potencia absorbida. Con el aumentar de le. potencia, aumenta la eficiencia luminosa (rendimiento) de la lámpara. Normalmente la duración de una lámpara a incandescencia es de 1000 horas de funcionamiento.

Las lámparas disponibles en la caja están marcadas con las letras V1 y V2. Los símbolos en la fig. 2-12-1)

a

b

Fig. 2.12.1 Símbolo eléctricos a) iluminación b) señalación de la lámpara.

- 18 -

2.13 Timbres

2.13- TIMBRES Los timbres, cuyo símbolo eléctrico está indicado en la fig. 2-13-1 están caracterizados per un electromagneto (alimentado con tensiones unificadas), que alimentada y venciendo la acción contrastante de un resorte, atrae un asta metálica, suficientemente flexible, en el cual está colocado el “badajo” o percusor. Puesto que la grandeza eléctrica que genera la fuerza de atracción del electromagneto es alternativa sinusoidal y la acción mecánica del resorte es constante en el tiempo, hay instantes en los cuales, la fuerza mecánica poseída per el tornillo prevalece sobre aquella electromagnética. Per lo tanto, el badajo golpea sobre una “campana” metálica (aluminio-latón) caracterizando un sonido normalmente agudo y brillante. En el caso del timbre alimentado en c.c., el electromagneto tiene una intensidad constante en el tiempo lo que el sonido se limitaría. a un golpe solo en la campana en el momento en el cual se desexcita la bobina del electromagneto. Pare obviar a ésto se recurre a un artificio que en realidad permite verificar sustancialmente las condiciones prospectadas en el caso de alimentación en corriente alterne.. Dicho advertimiento consiste en colocar en serie e le bobina de excitación un contacto dirigido per el asta porta-percusor. En realidad cuando el asta es atraída per el electromagneto (excitado) el contacto abre el circuito de excitación de la bobina que se desexcita por lo que el resorte lleva el asta a la condición de reposo; pero si el asta portabadajo vuelve a la posición de reposo, el contacto se cierra y (si el pulsante es mantenido oprimido) la bobina vuelve e. ser alimentada y así sucesivamente hasta que se actúe en el mando temporáneo. En el caso del zumbador, cuyo símbolo está indicado en le. fig. 2-132, el sonido es determinado per la vibración de una lámina metálica. al contacto del electromagneto. El principio de funcionamiento es igual al descrito pare el timbre. El timbre disponible en la caja está marcado con le. letra V3.

Fig. 2.13.1 Símbolo eléctrico del timbre

Fig. 2.13.2 Símbolo eléctrico del zumbador.

- 19 -

2.14- Pulsante

2.14- PULSANTE Dispositivo eléctrico apto para cerrar, solo momentáneamente, un circuito eléctrico. En la caja CBE-l/EV están montados dos pulsantes dobles que tienen: un contacto que se encierre. y otro que se abre simultáneamente. El circuito en el cual está colocado permanece cerrado e abierto, según sea el contacto empleado, per todo el tiempo que dura la acción manual en el dispositivo. El símbolo eléctrico de un pulsante está indicado en le. fig. 2-14-1; los puntos A y E indican las extremidades dei circuito en el cual se conecta el pulsante. Los pulsantes disponibles en la caja están marcados per las letras 01 02.

Fig. 2.14.1 Símbolo eléctrico de un pulsante.

- 20 -

2.15 Desviador e interruptor

2.15- DESVIADOR E INTERRUPTOR Un dispositivo adecuado para desviar la corriente eléctrica de una u otra rama de un circuito, se llama desviador. Su símbolo eléctrico está indicado en la fig. 2-15-1. A-C y A-E representan las ramas del circuito en el cual es empleado. Por ejemplo si el nudo B es liberado, el desviador se comporta come un interruptor normal (véase el símbolo en la fig. 2-15-2) y solamente interrumpe la corriente sin desviar. Hablando de interruptores es necesario especificar le. Tensión eléctrica con la cual pueden trabajar: una tensión eléctrica muy elevada puede provocar el fenómeno de la descarga eléctrica entre dos bornes ( o polos) del dispositivo. Los desviadores disponibles en la caja están marcados con las letras 03 - 04 - 05; este útimo, bipolar, también podrá realizar la función de invertidor conectandolo en modo oportuno como veremos más adelante.

a

b

Fig. 2.15.1 Símbolo eléctrico de un desviador.

- 21 -

2.16- Rele electromagnetico

2.16- RELE ELECTROMAGNETICO Se trata de un dispositivo eléctrico para el mando, inclusive a distancia, el control y la seguridad de las instalaciónes eléctricas. El electromagnético el más común, está formado esencialmente per un electroimán, o sea por un solenoide que tiene un núcleo magnético constituido per dos partes de hierro dulce, una de las cuales es fija y la otra, llamada áncora es móvil (fig. 2-16-1). Cuando la intensidad de la corriente que recorre la bobina, corriente de excitación, alcanza un valor determinado, la parte móvil es atraída con una fuerza que es proporcional al cuadrado de la corriente. Naturalmente un resorte llama al áncora cuando cesa la excitación. Este dispositivo también se base. en el principio de le. inducción electromagnética. En este caso, en el hierro dulce del áncora se introducen polaridades opuestas con respecto a aquellas que se tienen en la parte fija, por ésto tenemos le. atracción de los dos elementos. El símbolo eléctrico de un relé electromagnético está representado en le. fig. 2-16-2. El relé disponible en la caja está marcado con la letra 06.

Fig. 2.16.1 Sección de un relé electromagnético.

Fig. 2-16-2 Símbolo eléctrico del relé que controla dos desviadores.

- 22 -

3 Observations générales

3. ELECTROTECNIA GENERAL 3- MEDICION DE TENSIONES Y CORRIENTES 3.1- GENERALIDADES Los voltímetros y los amperímetros descritos en el capitulo anterior, son usados correctamente en las mediciones industriales para determinar diferencias de potencial e intensidades de corrientes. Para efectuar mediciones de este tipo antetodo es necesario proceder a la selección de los elementos; según sea la finalidad de la medición (calibraje, control de instalaciones o indicación aproximada durante el servicio) se escoge la clase de instrumentos en base a la precisión deseada. El tipo de tensión (o sea: continua o alterna y, en este último caso también la frecuencia) debe ser conocida con anterioridad. El orden de grandeza de las tensiones y de las corrientes en juego durante la medición, pueden ser reconocidas de antemano, o pueden ser determinadas con el cálculo o con la medición aproximada con instrumentos de rangos elevados. Por ejemplo si no se conoce la corriente absorbida por una carga, se pueden colocar sobre ésta dos amperímetros, en serie entre si, de los cuales uno con rango elevado por ej. 50 A) y otro con rango menor (por ej. 10A). Antes de colocar la carga se cortocircuita el amperímetro de 10 A. y luego se cierra el interruptor colocando la carga. Cuando se ha constatado que por e. la intensidad de corriente no alcanza los 10 A. se quita el cortocircuito y se efectúa una lectura más precisa en el amperímetro que tiene el rango de 10A. De este modo se podrá escoger el rango que tendrá el amperímetro en la medición definitiva. Para reducir los errores de lectura es oportuno que la desviación del índice sea la más amplia posible y, en todo caso, no inferior a 1/5 de la escala (si la escala es uniforme; si la escala es logarítmica, o sea alargada al inicio y estrecha en el fondo, también se admiten lecturas en el primer quinto de la escala; pero siempre es preferible una lectura hacia el fondo de la escala). Es evidente que con la habilidad del operador, la precisión de una medición dependa mis bien de la clase de precisión del instrumento. Debiendo colocar cargas que, en el instante del arranque absorban corrientes notablemente superiores a la normal, es indispensable, antes de cerrar el circuito, cortocircuitar el amperímetro para así evitar que el índice reciba un golpe violento que lo mande en el fondo de la escala (y choque contra el bloque de fin de carrera) lo que puede doblar el índice o inclusive romperlo.

Otro consejo de fundamental importancia para no dañar los - 23 -

2.16- Rele electromagnetico

voltímetros es éste: antes de la apertura de un circuito inductivo (por ejemplo del circuito de una bobina ya probada) es necesario abrir el circuito del voltímetro, de lo contrario la f.e.m. inducida (per efecto de la inductancia) es ttal que dañaría (o rompería) el alambre que constituye el circuito voltímetrico (bobina y resistor adicional), porque dicho alambre es sutilísimo y es calculado para corrientes pequeñisimas (generalmente no superiores a los 30 mA).

3.2- ERRORES SISTEMATICOS Generalmente las mediciones de corriente son contemporáneas a las de tensión y casi siempre se introducen en un circuito, simultáneamente, dos instrumentos (un voltímetro y un amperímetro). La introducción de este complejo en un utilizador U puede ser hecha. en dos formas diferentes come se ve en la fig. 3-2-1 y 3-2-2.

Fig. 3.2.1 Introducción con voltímetro a monte del amperímetro.

Fig. 3.2.2 Introducción con voltímetro a valle del amperímetro.

- 24 -

3 Observations générales

Con la primera introducción decimos que el voltímetro est colocado a monte con respecto al amperímetro); con la segunda (fig. 3-2-2) se dice que está introducido a valle (con respecto al amperímetro . Las definiciones a “monte”, a “valle” se refieren siempre al sentido en el cual fluye la energía (ésta fluye del generador al utilizador), y per lo tanto, decimos que el generador está a monte y el utilizador a valle por analogía con los términos correspondientes al reflujo de un río. Antes que nada, nótese que también la introducción dei amperímetro solamente altera el régimen del circuito. En efecto, si el utilizador tiene una resistencia R, la introducción (en serie) de un amperímetro de resistencia interior Ra altera le resistencia total del circuito, que pase. Del valor R al valor R + Ra e, por lo tanto, la intensidad de corriente que circule. en el utilizador queda alterada (disminuye). En si, Ra debe ser (y en realidad es) talmente pequeña (fracciones de ohm) que no altera en forma notoria el valor de la corriente pero, esto no quita que la simple introducción de un amperímetro altere las condiciones del circuito y, per lo tanto tenemos un error en la medición de le. corriente, la cual resulte. inferior a aquella que estaba en el utilizador antes de introducir el amperímetro. En forma análoga, la introducción simple de un voltímetro altera las condiciones dei circuito. En efecto, pondremos en paralelo de R (resistencia del utilizador) le. resistencia Rv del voltímetro y así, le. resistencia del complejo asume el valor R . Rv R+Rv Este será poco diferente al valor anterior R si Rv es muy grande con respecto a R. O sea, un voltímetro debe tener una resistencia interior muy grande (millares de ohm) pare. que su introducción no altere en forma notoria las condiciones del circuito. La introducción de ambos instrumentos bien sea según el esquema de la fig. 3-2-1 o según el de la fig. 3-2-2 provoca un error sistemático de medición debido al consumo propio (y per lo tanto a la resistencia interior) del amperímetro y del voltímetro. En efecto, realizando la fig. 3-2-1 (para simplificar hemos supuesto alinear el circuito con corriente continua), el amperímetro mide la corriente I que circula en el utilizador r (amperímetro y utilizador están conectados en serie y per lo tanto la corriente tiene un valor idéntico en ambos) mientras que el voltímetro no marca la diferencia de potencial Ve existente en los bornes de la carga V sino aquella Vo, un poco mayor, que existe en los bornes del complejo. O sea, llamamos Ve la diferencia de potencial (d.d.p) existente en los bornes de V y Δa a la caía. de tensión provocada per el amperímetro (caída igual e. Ra.I, si I es la corriente absorbida per la carga), el voltímetro marca más el valor verdadero Ve, o sea, marca le. tensión Ve + Δa = Vo. - 25 -

2.16- Rele electromagnetico

El error sistemático de medición se refleja en la tensión y es Ve 1 I = o sea expresado por (siendo R = I R Ve

ε=

Vo − Ve Δa Ra ⋅ I Ra = = = Ve Ve Ve R

Pare. hacer que este error sea pequeño es necesario que el numerador Re. sea muy pequeño con respecto a R, o sea, se necesite. un amperímetro de pequeña resistencia interior Ra. Así que se preferirá este. introducción cuando el utilizador tiene una resistencia R muy grande. Usando el esquema de la fig. 3-2-2 (voltímetro a valle del amperímetro) el amperímetro no marca la corriente I que circula en el utilizador U sino una corriente mayor, o sea i1+ iv, siendo iv la que atraviesa el voltímetro. Viceversa, el voltímetro marca la verdadera diferencia de potencial Ve que existe en los bornes de U. En este case el error es (siendo R = R =

ε=

(I + iv ) + i = iv = I

I

Ve I

Ve R = Rv ⋅ I Rv

en cuanto la corriente Iv que circula en el voltímetro puede ser expresada en función de la resistencia interior Rv de éste y de le. tensión Ve existente en sus bornes. Este error es pequeño cuando la resistencia R del utilizador es pequeña y Rv es grande, o sea, cuanto más pequeño es el numerador R en comparación con el denominador Rv. Si la medición de la corriente y de la tensión no se efectúa en un utilizador (corriente absorbida), sino en un generador G (corriente generada) los errores existen todavía pero se invierten signo, se vuelven negativos, el voltímetro y el amperímetro en ambas introducciones, marcan menos del valor verdadero. En efecto, con le. introducción indicada en la fig. 3-2-1 (voltímetro a monte del amperímetro) se debe medir le. corriente I + iv generada per el generador G y la tensión Vo existente en sus bornes. Se determina que el amperímetro no marca una corriente I + iv verdadera erogada per el generador sino una corriente menor I mientras que el voltímetro marca la verdadera diferencie. de potencial Vo existente en los bornes de G. En el caso de la fig. 3-2-2 (voltímetro a valle del amperímetro) es el voltímetro que da una indicación errada (menor de la verdadera) per cuanto éste no marca la tensión Vo existente en los bornes del generador G sino una tensión menor, e sea, Ve = Vo - Δa, la caída de tensión provocada per la resistencia interior dei amperímetro. Per lo tanto con ambos esquemas de las figs. 3-2-1 y 3-2-2 tenemos - 26 -

3 Observations générales

siempre un error sistemático que se puede reducir pero no se puede eliminar. En el caso mis común de mediciones en utilizadores el instrumento introducido a monte merca más del valor verdadero (error positivo). Para darnos cuenta experimentalmente del orden de la grandeza de estos errores, móntese, en el caso más común de mediciones a efectuarse en los utilizadores, el voltímetro como se indica en la fig. 3-2-2 (voltímetro a valle) colocando un interruptor en serie al voltímetro y siga la lectura en el amperímetro teniendo primero el interruptor voltimétrico abierto y luego cerrado. El amperímetro indicará la influencia de la introducción del voltímetro en las dos mediciones sucesivas (suponiendo constante la tensión de alimentación). Pero muchas veces esta simple maniobra que permetiría medir exactamente V e I independientemente una de la otra, no puede utilizarse per cuanto en los circuitos de medición se introducen reóstatos de regulación y per lo tanto, abriendo y cerrando el interruptor voltimétrico, varia la caída de tensión provocada por el reóstato y per consecuencia también la tensión aplicada al circuito. Análogamente, usando el esquema de la fig. 3-2-1 (voltímetro a mente del amperímetro) se podría cortocircuitar el amperímetro cuando se efectúa le. lectura en el voltímetro y luego, quitado el cortocircuito, leer el valor de la corriente. Generalmente, una vez seleccionada le. introducción mis apropiada no tomamos en cuenta el error sistemático si le. potencie. absorbida o generada es superior a un determinado valor (per ej. 500 W.). Pero si lo tomamos en cuente., se pueden corregir las lecturas efectuadas en los instrumentos conociendo la resistencia interior de estos. Las consideraciones expuestas hasta ahora también son válidas pare. el caso de mediciones de intensidad en los circuitos con corriente alterna per cuanto las impedancias interiores de los instrumentos pueden confundirse con sus resistencias ohmicas (per lo menos en las frecuencias industriales). Concluyendo, diremos que se deberá escoger entre las dos introducciones le. que dé lugar a un error menor. Refiriéndonos al caso más común de mediciones en utilizadores, colocaremos: a) el voltímetro a monte si la resistencia (impedancia) del utilizador es grande; b) el voltímetro a valle si la resistencia (impedancia) del utilizador es pequeña. Es bueno tener presente estos conceptos porque deberán ser aplicados también en el caso de mediciones de resistencias cuando se usa el denominado método voltamperimétrico, o sea, recabando (e Z) de las lecturas hechas en un voltímetro y en un amperímetro y con la ley de Ohm.

- 27 -

3.3 Corriente alterna

3.3 CORRIENTE ALTERNA

Se dice que una grandeza es alterna cuando es una función periodica del tiempo, o sea, cuando varia en modo tal que después del intervalo de tiempo T, vuelve a tomar el mismo valor. Entonces, una corriente alterne. es un flujo de electrones que se dezliza en un circuito con intensidad variable (lenta o rápidamente), de cero a un valor máximo determinado pare. luego regresar a cero y, medir un ciclo análogo con dirección o bien, polaridad opuesta, volviendo a pasar por un valor máximo (que puede ser diferente al otro) y regresando nuevamente a cero. En le. fig. 3- 3-1 se ha representado una grandeza alterne. genérica. Per éste. se ve claramente como su desarrolle se repite periódicamente en el tiempo, según una sucesión di ciclos, cada uno con una duración T. La duración del ciclo (u onda) es llamada periodo. La forma que más nos interesa y cuyos parámetros son definibles exactamente per su polaridad y correspondencia efectiva simultánea con fénomenos reales, es la sinusoide, para la cual la variación del valor se sucede regular y simétricamente pare. las dos semiondas que tienen longitud y valor máximo idénticos y, se pueden sobreponer perfectamente (fig. 3-3-2), previo volteo y traslación de una de ellas.

Fig. 3.3.1 Onda calquiera, alterna.

Fig. 3.3.2 Onda sinusoidal.

- 28 -

3.3 Corriente alterna

Una onda sinusoide se obtiene gráficamente como sigue: tengamos un punto P (fig. 3-3-3) que gira en una circunferencia (de radio 0 P); dividiendo le. circunferencia con una cierta cantidad de puntos; en cada uno de estos puntos (o sea con una posición P) tendremos una posición correspondiente del punto M en el diámetro vertical. Llevando en el eje I del diagrama de la fig. 3-3-2 el desarrollo de la circunferencia en objeto, y dividiendo el mismo con los puntos correspondientes a aquellos antes citados, los valores asumidos por las posiciones sucesivas de M, o sea los valores de los segmentos LM, allí indicados en el eje A, individualizando la onda sinusoide. Así, intuimos como la distancie. (en el eje t) entre dos puntos de una sinusoide también puede. ser dada como el ángulo que ha girado el punto P alrededor de O pare. pasar de una posición a otra. Particularmente, la distancie. angular entre los dos puntos extremos de una sinusoide (X y Z en la fig. 3-3-2) es de 360°. Además también se puede definir T como el tiempo empleado por P para recorrer todo el circulo. Los parámetros que definen una corriente alterne. son: frecuencia, amplitud, fase. FRECUENCIA

La frecuencia es la cantidad de periodos o de ciclos completos en le. unidad de tiempo, e sea, en un segundo (refiriéndonos a la fig. 12 también podemos definirla como un número de giros per segundo dei punto P). Esta se mide en periodos per segundo (definición ésta que es un poco anticuada), e mejor en Hertz (símbolo Hz). Normalmente se usan los múltiplos: KHz = kilohertz = 1000 Hz = 103 Hz MHz = Megahertz = 1.000.000 Hz = 106 Hz

Fig. 3.3.3. –Trazado de una sinusoide. - 29 -

3.3 Corriente alterna

La frecuencia de una corriente alterna puede ser comprendendida entre cero, que es el limite no alcanzable (en efecto se trata de la corriente continua) y muchas decenas de millares de MHz. Las oscilaciones superiores a este limite son propias de las radiaciones corpuscolares, ondas luminosas, etc. Como titulo de ejemplo, decir ondas sinusoidales de frecuencia diversa, pueden ser representadas como se muestra en la fig. 3-3-4.

Fig. 3.3.4 Onda sinusoidales con frecuencias diferentes. En este caso la onda E tiene una frecuencia el doble de aquella A o, si queremos, el periodo E es la mitad del A. Una grandeza ulterior ligada con la frecuencia es la pulsación ω . Esta deriva de la afirmación anterior por la cual una onda sinusoidal está ligada al movimiento de un punto en una circunferencia y que los desplazamientos angulares sucesivos de este punto en la circunferencia misma definen las posiciones sucesivas de un punto correspondiente a la sinusoide. Estos ángulos, en vez que en grados, pueden ser expresados en radianes. Recordando que el ángulo de 360° está constituido por 2π radianes, definiendo resulta: 2π T Per la citada dependencia del trazo gráfico de una sinusoide por el movimiento de un punto sobre una circunferencia, ω corresponde a la velocidad angular del punto mismo.

ω = 2πf

=

- 30 -

3.3 Corriente alterna

AMPLITUD

En las representaciones gráficas anteriores la onda sinusoidal ha sido trazada mediante la sucesión de sus valores instantáneos que, siendo función dei ángulo de rotación, varían continuamente (inclusive regularmente) dentro del ciclo. Para definir una onda sinusoidal se le puede dar el valor máximo, de pico o de cima (VM), que no es otra cosa que la excursión máxima (positiva o negativa) de la semionda y es llamada amplitud. Sin embargo todavía no es de uso común porque no tiene correspondencia directa con los fenómenos ligados con las corrientes alternas. El parámetro más común pare. definir le. intensidad de una grandeza alterne. es el valor eficaz (V efec.), que se define a través de le. corriente, o sea, como el valor que debería tener una corriente continua que, recorriendo el mismo circuito de la alterna, determine en éste un desarrollo de la misma cantidad de calor en el mismo tiempo. En otras palabras per ejemplo, una corriente alterna tiene un valor eficaz de 1 A cuando esta provoca en una resistencia determinada (con condiciones ambientales de prueba oportunas) la mismas sobre elevación de temperatura en el mismo tiempo (y en las mismas condiciones) en que es provocada per una corriente contínua, con intensidad de 1 A. El valor eficaz se obtiene matemáticamente como la raíz cuadra de. de los valores instantáneos. Los conceptos que hasta ahora hemos expuesto de las corrientes valen y se aplican también, en forma idéntica, para las tensiones. Así que entre los dos últimos valores introducidos, existen las siguientes relaciones: Veff = 0,707 · VM

o bien

VM = 1,41 Veff

También se usa otro amperímetro y es el valor medio (Vm), e sea la medición de todos los valores instantáneos de medio ciclo. Este representa le. altura del rectángulo que tiene per base y per área la longitud y la superficie de la semionda misma. Entre este valor y el valor máximo existen relaciones: Vm = 0,636 VM

ou bien

VM = 1,57 Vm

En la fig. 3-3-5 están representados los valores antes citados, habiendo tomado como referencia VM = 1. En esta figura el rectángulo ABCD es aquel que tiene un área igual a aquella de la semionda cuya altura corresponde al valor medio.

- 31 -

3.3 Corriente alterna

Fig. 3-3-5 Varios valores de una onda sinusoidal

A veces también se usa el valor pico-pico, o sea la suma de las escursiones máximas (positiva o negativa), sería (refiriéndonos siempre a ondas sinusoidales): Vpp = 2 · VM Todas las veces que en corriente alterna se enuncian valores de tensiones y corrientes sin especificar nada, se sobreentienden valores eficaces. Fase

La fase de una grandeza alternativa debe entenderse relativamente al instante que se ha fijado como t = 0, o sea, como tiempo en el cual se inicia el exámen del fenómeno. Por ejemplo, en los casos de las fig. 33-2 y 3-3-4, la fase es cero por cuanto el punto cero de la sinusoide y el instante T = 0 coinciden. En cambio en el caso de la fig. 3-3-6 la fase representada por el segmento AB, distancia entre el punto en el cual inicia la sinusoide y aquel en que inicia el conteo del tiempo, vale ϕ , que es el ángulo que, en el intervalo A B, ha girado el punto P en el circulo. Por último, la fase de una grandeza sinusoidal no es otra cosa que la función de periodo que ha transcurrido en el instante en que se fija t = 0. Pero, generalmente, las mediciones de fase se entienden relativas a dos grandezas sinusoidales, que tienen cualquier relación entre sí. La que ahora nos interesa y es expresada es la diferencia entre cada fase de las dos grandezas ( naturalmente en el caso que los dos perfiles no están sobrepuestos).

- 32 -

3.3 Corriente alterna

Fig. 3-3-6 Fase de una onda sinusoidal

Fig. 3-3-7 Desfasamiento de dos ondas sinusoidales En efecto, si una de las dos, tomada como referencia tiene fase cero, la otra tendrá fase diferente a cero y por ésto será desfasada anticipadamente o con retar do con respecto a la primera, según ya se haya descrito, por una u otra, un determinado ángulo ϕ (o sea una cierta fracción de periodo), cuando se considera el instante t = 0 (fig. 3-3-7). La medición de una fase puede ser hecha en cualquier valor comprendido entre cero y 360° (en efecto, un ciclo entero de una onda períodica amonta a tanto). Entre este intervalo, dos valores particulares del ángulo de fase asumen una denominación particular (fig. 3-3-8). Cuando dos ondas están desfasadas entre sí 90° (vale decir que una ha salido 1/4 de ciclo antes que la otra) , se dice que las dos ondas están en cuadratura.

- 33 -

3.3 Corriente alterna

En cambio cuando el desfasamiento es de 180° (o sea, una de las dos ondas ha salido 1/2 ciclo antes que la otra), se dice que las dos ondas están en oposición. Siempre, por analogía, con el punto rotante en la circunferencia, las diferencias de fase se llaman también “rotaciones” de fase. Más adelante veremos cuales son los elementos circuitales que introducen rotaciones de fase.

Fig. 3.3.8 Rotación de fase a) cuadratura b) oposición.

- 34 -

3.4 Ejercicios de aplicacion

3.4 EJERCICIOS DE APLICACION MEDICIÓN DE TENSIONES ALTERNAS

Como ejercicio de aplicación de cuanto hemos examinado en el párrafo 3-1, considérese el esquema eléctrico de la fig. 3-4-1: con éste se efectúa una medición de tensiones alternas que provienen del bobinado secundario del transformador T de la caja mod. CBEl/EV. El instrumento a usar para la medición es el voltímetro V que es un instrumento de tablero con equipaje tipo electromagnético de clase 1,5. El rango del fondo escala del voltímetro es 25 V. por lo que puede ser empleado para medir todas las tensiones continuas y alternas de esta entidad. En el ejercicio en objeto, el voltímetro deberá ser conectado primeramente entre los bornes 0 y 6 V. y luego entre los bornes 0 y 12 V. , por lo tanto, entre los bornes 0 y 24 V. para verificar todas las tensiones de salida del transformador T.

Fig. 3-4-1 Medición de tensiones alternas con voltímetro Queriendo, el voltímetro podrá ser conectado también entre los borne 6 y 24 V, para observar la diferencia de potencial entre estos dos puntos del bobinado que debe ser dada por la diferencia: 24 - 6 = 18 V. Queriendo visualizar las formas de onda de estas tensiones, se podrá usar un osciloscopio, enviando en la entrada Y del mismo estas tensiones a través de la sonda apropiada dada en dotación con el osciloscopio y conectada como el voltímetro. En la fig. 3-4-2 se ha puesto en evidencia el esquema práctico de montaje de la experiencia, referido solamente a la medición de la tensión más baja del transformador.

- 35 -

3.4 Ejercicios de aplicacion

Fig. 3.4.2 Esquema práctico, medición de tensiones alternas con voltímetro.

- 38 -

3.4 Ejercicios de aplicacion

MEDICIONES DE CORRIENTES ALTERNAS

Por lo que se relaciona con la medición de corrientes alternas, considérese el esquema eléctrico de la fig. 3-4-3 en donde, con respecto al esquema de la fig. 3-4-1 se deberán introducir las cargas para así poder tener en el circuito formado, la circulación de una corriente determinada que podrá ser medida por el amperímetro A. Este es un instrumento de tablero con equipaje tipo electromagnético de clase 1,5. El rango del fondo escala es el doble, precisamente 0,5 y 1 A. por lo que puede ser empleado para medir todas las corrientes continuas y alternas de esta entidad. En el ejercicio en objeto, el circuito deberá ser derivado primeramente entre los bornes 0 y 6 V., luego entre los bornes de 0 y 12V y después entre los bornes de 0 y 24 V para verificar así todas las corrientes de salida del transformador T. Para realizar ésto se deberán escoger las cargas con un valor de resistencia tal que suministre corrientes diversas, pero que se puedan medir con el amperímetro en dotación, por lo que confiamos en la ley de Ohm: I (A) = U (V) / R (Ohm) Nótese que en el esquema se ha colocado un fusible de protección contra el cortocircuito.

Fig. 3.4.3 Esquema eléctrico, mediciones de corrientes alternas con el amperímetro. Considerando que el rango inferior del amperímetro es 0,5 A. y que el superior es 1 A., debemos encontrar los valores de resistencia que satisfagan los dos rangos. Para la tensión de 6 V. es: R (Ohm) = U (V) / I (A) Para la tensión de 24 V es: 24 (V) / 1 (A) = 24 (Ohm)

- 37 -

= 6 (V) / 0,5 (A) = 12 (Ohm)

3.4 Ejercicios de aplicacion

Considerando que 0,5 y 1 A. son los rangos máximos del amperímetro y, que las resistencias disponibles son aquellas de la caja mod. CBEl/EV, escogeremos dos valores, entre los disponibles, que permitan al amperímetro medir una corriente ligeramente inferior a aquella nominal. Por ejemplo, podemos escoger, para la tensión de 6 A. y el rango de 0,5 A., la resistencia R4 de 16 ohm, para obtener: I=

V 6 = = 0,37 A R 16

Para la tensión de 12 V. podemos tener siempre la misma resistencia pero debemos cambiar el rango del amperímetro a 1 A. para obtener: I=

V 12 = = 0,75 A R 16

Para la tensión de 24 V. debemos cambiar también la resistencia y tomar, por ej., la R5 de 31,5 ohm, para obtener:

I=

V 24 = = 0,76 A R 31,5

Obviamente, también se podrán probar otras combinaciones aprovechando los elementos de la caja, teniendo cuidado en no superar los datos característicos. Por ej., para conocer cual es la corriente máxima que la resistencia puede soportar, es necesario conocer, además de la resistencia, también su potencia la cual es dada por P R.12 por lo que, sabiendo que la resistencia R4 tiene un valor de 16 ohm y una potencia de 17 W, la corriente máxima que puede soportar es: I=

P 17 = = 1,06 = 1,03 A R 16

Se admite también una pequeña sobrecarga para tiempos relativamente largos, como en el caso de la resistencia R5: en efecto, ésta soporta una corriente máxima: I=

17 = 0,73 A 31,5

mientras que en el caso de alimentación a 24 V. hemos visto que la corriente es 0,76 A., o sea, casi el 4% más de la nominal. Esta sobrecarga es admisible por cuanto se transforma en un pequeño aumento de temperatura que no es peligroso.

- 38 -

3.4 Ejercicios de aplicacion

En la fig. 3-4-4 se ha puesto en evidencia el esquema práctico de montaje de este ejercicio. Por lo que respecta al párrafo 3-2 se posponen los ejercicios de aplicación en los párrafos sucesivos en donde el argumento será tratado en corriente continua.

Fig. 3.4.4 Esquema práctico, mediciones de corrientes alternas con el amperímetro.

- 39 -

4.1 Rectificador a una semionda

4 INTRODUCCION DE DIODOS CON VARIAS CONFIGURACIONES

4.1 RECTIFICADOR A UNA SEMIONDA

Un circuito apto para transformar una tensión alterna en una tensión continua torna el nombre de “rectificador”. Teniendo a la disposición un osciloscopio (instrumento en grado de representar visualmente, en una pantalla, el desarrollo de las tensiones eléctricas), se podría constatar que la forma de una tensi6n alterna, representada en el tiempo, es similar aquella de la fig. 4-1-1.

Fig. 4.1.1 Representación de una tensión alterna. La curva representa los valores asumidos por la tensión en el tiempo: como se ve, con intervalos regulares, dichos valores se vuelven negativos o sea, tenemos la inversión de la polaridad. Un desarrollo (o forma de onda) semejante es denomina do “sinusoidal”. El circuito rectificador a una semionda corta las partes negativas de la tensión y elimina además las oscilaciones, nivelando la tensión alrededor al valor positivo máximo. Un circuito rectificador, a una semionda, se compone de las siguientes partes: 1) un transformador, para variar el valor de la tensión alterna según sean las exigencias; 2) un diodo para eliminar (en este caso) las partes negativas de la tensión alterna; 3) un condensador para nivelar las partes positivas restantes. 4) una resistencia para ofrecer una vía a la corriente de descarga del condensador. El funcionamiento del circuito es el siguiente: •

el diodo D conduce desde el instante (fig. 4-1-1) hasta el instante en el cual la tensión alterna alcanza el máxirno: durante este - 40 -

4.1 Rectificador a una semionda

tiempo el condensador C se carga a este valor; •

desde este instante en adelante el diodo D se interdice por cuanto la tensión a su cátodo supera a la de su ánodo y el condensador C se descarga (pero muy poco) a través de la resistencia R (fig. 4-12)

•

al instante t2, la tensión de su cátodo y el diodo conduce todavía hasta a t3;

•

desde el instante t3 las cosas se repiten (t3 = t1)

Fig. 4.1.2 Desarrollo de la tensión en los extremos del condensador (línea contínua) en el circuito. En el circuito los elementos C y R están en “paralelo” entre sí, en el sentido que los bornes de C están conectados a los bornes de R. En cambio el diodo D, está en “serie” a C y a R. Análogamente la lámpara Lx está en paralelo con el secundario del transformador T:Ux señala cuando el circuito está en función; además, colocada de este modo, no disturba el circuito de rectificación. Si una resistencia fuese colocada entre los bornes de salida, obviamente resultaría atravesada por una corriente eléctrica. Para limitar dicha corriente eléctrica, se ha previsto el fusible F en serie al utilizador (= lo que se conecta entre los bornes de salida). Teniendo a la disposición un osciloscopio, se puede controlar todas las formas de onda de los fenómenos antes citados. Para el esquema práctico de montaje, véase la representación correspondiente. Particularmente póngase atención a los enlaces del diodo y del condensador. Para el primero hay que tener presente que el cátodo se reconoce por la punta de la flecha con una rayita. El condensador que normalmente se usa en estos circuitos es tipo electrolítico polarizado. - 41 -

4.1 Rectificador a una semionda

O sea, esto es obtenido a través de un proceso químico particular (electrolisis) y se dice polarizado por cuanto presenta características aislantes solamente en un sentido, mientras que en el sentido opuesto se vuelve conductor. Por lo tanto éste debe ser colocado en el circuito con el borne positivo (marcado corno se muestra en la fig. 4-1-3). Por lo que respecta a la selección de R es necesario escoger el valor de modo que la corriente que se obtiene sea compatible con las potencias de los elementos de circuito. Para este fin, en este circuito y en los próximos se proveerá conectar en serie al circuito, el amperímetro disponible en la caja.

Fig. 4.1.3 Esquema eléctrico, rectificador a una semionda.

Fig. 4.1.4 Esquema práctico, rectificador a una semionda. - 42 -

4.2 Rectificador con doble semionda

4.2- RECTIFICADOR CON DOBLE SEMIONDA

Se trata de un circuito que rectifica una tensión alterna, sin cortar alguna porción suya. Observando su esquema eléctrico se ve que, con respecto al circuito anterior, se ha colocado un segundo diodo D2 y otro secundario del transformador: todo el resto queda invariado. El enlace de los dos secundarios es muy importante: con la modalidad que aparecen en la figura, cuando el borne superior del primario del transformador es positivo, también son positivas las partes superiores de ambos secundarios y, negativas sus partes inferiores.

Fig. 4.2.1 Esquema eléctrico, rectificador con doble semionda. En este caso D1 puede conducir (ánodo positivo con respecto al cátodo), pero D2 queda bloqueado o “interdicho” (por cuando su ánodo es negativo con respecto a su cátodo). Viceversa, cuando el borne inferior del primario es positivo también son positivos los bornes inferiores de los dos secundarios y en este caso puede conducir, mientras que D1 queda interdicho. Por lo tanto podernos repetir los razonamientos hechos, a propósito del circuito N. 1, una vez para D1 y una vez para D2. La forma de onda que se obtiene para este circuito está representada en la fig. 4-2-1, normalmente se puede obtener mediante un osciloscopio. El uso de un rectificador con doble semionda, con respecto al de una semionda, se hace necesario cuando el circuito que se requiere alimentar en continua absorbe mucha corriente. Para el montaje del circuito se deben seguir las observaciones hechas para el circuito anterior (fig. 4-2-2).

- 43 -

4.2 Rectificador con doble semionda

Fig. 4.2.2 Desarrollo de la tensión en los extremos del condensador (línea contínua) en el circuito

Fig. 4.2.3 Realización práctica, rectificador con doble semionda, .

- 44 -

4.3 Rectificador a puente de Graetz

4.3- RECTIFICADOR A PUENTE DE GRAETZ

Otro tipo de rectificador con doble semionda es el circuito conocido con el nombre de Puente de Graetz. Utilizando un solo secundario, pero usando una cantidad doble de diodos (4 en vez de 2) se logra obtener la misma forma de onda mostrada en la fig. 4-2-1. Considérese el funcionamiento del puente en el circuito presente. Cuando la polaridad positiva de la tensión en el secundario del transformador se encuentra en el borne superior (y por lo tanto con respecto a éste el borne inferior es negativo) tenernos esta situación: - el ánodo de D2 y el cátodo de D1 son positivos; - el ánodo de D4 y el cátodo de D3 son negativos. En este caso hay. un pasaje de corriente a través del diodo D2 , el paralelo del condensador C y de la resistencia R y el diodo 0 (véase la fig. 4-3-1)

Fig. 4.3.1 Circulación de la corriente por las polaridades indicadas.

Cuando las polaridades de la tensión alterna se invierten los diodos conductores se vuelven D4 y D1 por cuanto el primero se encuentra con el ánodo positivo y el segundo con el cátodo negativo, pero el sentido de la corriente en el paralelo de C y de R no varia (fig. 4-3-2). Este circuito ofrece los mismos servicios del circuito anterior desde el punto de vista del circuito utilizador, pero presenta con respecto a éste, la ventaja de un mejor uso del transformador y de los diodos.

Fig. 4.3.2 Circulación de la corriente por las polaridades indicadas. - 45 -

4.3 Rectificador a puente de Graetz

Fig. 4.3.3 Esquema eléctrico del rectificador a puente de Graetz.

Fig. 4.3.4 Esquema práctico del rectificador a puente de Graetz.

- 46 -

4.4 Duplicador de tension

4.4- DUPLICADOR DE TENSION

Con el primer circuito se ha visto como es posible obtener una tensión continua a partir de una tensión alterna. Este circuito permite a su vez, obtener una tensión continua a partir de una tensión alterna, pero con un valor doble con respecto al del primer circuito. Para hacer ésto basta colocar en el circuito N.1 el condensador C2 y el diodo D1 como se muestra en el esquema eléctrico. Considérese el funcionamiento del circuito. Durante el primer cuarto de periodo de la sinusoide (fig. 4-4-1), el diodo D1 conduce y el condensador se carga al máximo valor de tensión (VM).

Fig. 4.4.1 Tensión en el duplicador

En el segundo cuarto de periodo (de T/4 a T/2) ningún diodo es conductor y la tensión queda fijada en el valor alcanzado. En el instante T/2, D2 comienza a conducir y la corriente se desliza a través de C2, ánodo-cátodo de D2 y el secundario del transformador cargando C2 al valor máximo VM; por lo tanto D2 se interdice (instante 3/4 T). Desde este instante, ningún diodo conduce y la tensión en los bornes de salida resulta igual a la suma de las dos tensiones en los condensadores y por lo tanto a un valor de 2VM. Para el montaje práctico se deben seguir las indicaciones hechas para el primer circuito.

- 47 -

4.5 Duplicador de tension (Otro modo)

Fig. 4.4.2 Esquema eléctrico del duplicador de tensión.

Fig. 4.4.3 Esquema práctico del duplicador de tensión.

- 48 -

4.5 Duplicador de tension (Otro modo)

4.5- DUPLICADOR DE TENSION (Otro modo) Otro modo para obtener un duplicador de tensión es el representado por este circuito. Los componentes usados son los mismos del circuito anterior, pero sus introducciones son diferentes. Examínese el funcionamiento de este duplicador haciendo referencia a la fig. 4-5-1. Durante el primer cuarto de periodo de la sinusoide (0-T/4) el diodo D2 conduce y carga el condensador C2 al valor VM (valor de pico de la sinusoide). Por lo tanto D2 se interdice por cuanto la tensión a su ánodo se vuelve inferior a la presente en su cátodo. En el instante T/2 la tensión invierte su polaridad y el diodo D1 comienza a conducir, mientras que D2 queda interdicho. La corriente se desliza desde el ánodo al cátodo de D1 y desde lo más a lo menos del condensador C1 cargando C1 al valor VM. En el instante 3/4 T inclusive D1 se interdice y C1 queda cargado al valor máximo alcanzado. En el instante 2T la tensión en el ánodo de D2 se vuelve positiva con respecto a la del cátodo, por cuanto es la suma de la tensión en C1 y de la presente en el secundario del transformador. Desde el instante 2T al instante 5/4 T, el condensador C2 se carga hasta el valor suma de la tensión en C1 (VM ) y del valor máximo de la tensión alterna en el secundario (VM inclusive). En definitiva, desde el instante 5/4T en adelante, en los bornes de salida existen una tensión igual a 2VM y los diodos quedan interdichos. Para el montaje práctico debernos seguir las indicaciones formuladas para el primer circuito.

Fig. 4.5.1 Tensión en el duplicador.

- 49 -

4.5 Duplicador de tension (Otro modo)

Fig. 4.5.2 Esquema eléctrico de la tensión en el duplicador.

Fig. 4.5.3 Esquema práctico de la tensión en el duplicador

- 50 -

5.1 Medicion de tensiones continuas

5- MEDICIONES DE TENSION Y CORRIENTE CONTINUA 5.1- MEDICION DE TENSIONES CONTINUAS

Sustancialmente, en esta prueba tratamos de repetir cuanto se ha hecho en el párrafo 3, pero esta vez en corriente continua, o sea, interponiendo el rectificador entre el transformador y los utilizadores y el cual, de ahora en adelante, será colocado con conexión a Puente de Graetz. También será oportuno conectar en paralelo de los bornes de salida de este puente, un condensador para nivelar la forma de onda que no será perfectamente lineal sino pulsante. Realizar el circuito de la fig. 5-1-1 verificando cuanto sigue: las tensiones que se podrán medir en los diferentes puntos del circuito serán diferentes según lo sean sus constituciones.

Fig. 5.1.1 Medición de la tensión a monte (a) y a valle (b) del rectificador sin condensadores de nivelaje. En efecto, evitando conectar el condensador en paralelo con el puente, se notará que las tensiones en la salida de este puente serán inferiores a aquellas que están a la disposición directamente en los bornes del transformador y ésto, es debido al hecho que la forma de onda en la salida no es sinusoidal sino pulsante, el valor eficaz de la tensión resultante es inferior por causa de la resistencia propia de los diodos, el puente crea una verdadera y propia caída de tensión que varía con el - 51 -

5.1 Medicion de tensiones continuas

tipo de diodos empleados. Colocando el condensador en paralelo con el puente la forma de onda tendrá una modificación corno hemos visto anteriormente; para ser más precisos, tiene una tendencia a nivelarse con el aumento consecuente del valor eficaz de la tensión que superará el de la tensión medida en los bornes del transformador (fig. 5-1-2). Los esquemas prácticos del montaje de los circuitos están ilustrados en las figs. 5-1-3/4/5/6.

Fig. 5.1.2 Medición de la tensión a monte (a) y a valle (b) del rectificador con condensador de nivelaje

- 52 -

5.1 Medicion de tensiones continuas

Fig. 5.1.3 Medición de la tensión del rectificador sin condensadores de nivelaje.

- 53 -

5.1 Medicion de tensiones continuas

Fig. 5.1.4 Medición de la tensión a valle del rectificador sin condensadores de nivelaje.

- 54 -

5.1 Medicion de tensiones continuas

Fig. 5.1.5 Medición de la tensión a monte del rectificador sin condensadores de nivelaje.

- 55 -

5.1 Medicion de tensiones continuas

Fig. 5.1.6 Medición de la tensión a valle del rectificador con condensador de nivelaje

- 56 -

6. Resistencias en serie y paralelo

5.2- MEDICION DE CORRIENTES CONTINUAS

También en este caso los circuitos son similares a aquellos vistos con anterioridad, poniendo atenció que la capacidad de los diodos no debe ser superada. En efecto, si la corriente a la cual son sometidos es muy elevada, tendremos un calentamiento de los diodos que con el pasar del tiempo podrían dañarse irreparablemente. Por este motivo, los diodos disponibles en la caja mod. CBE-1/EV, están acompañados por los valores de corriente y tensión máxima soportable, superando estos valores se dañan. Como la tensión en la salida del puente de Graetz es rectificada y pulsante, también en este caso será oportuno conectar un condensador de nivelaje para obtener una forma de onda más lineal. Dicho condensador siempre debe ser colocado respetando las polaridades de lo contrario, se comportaría como un cortocircuito auto-destruyéndose. Queriendo visualizar la forma de onda de la tensión en los extremos del utilizador será necesario equiparse con un osciloscopio, conectado en paralelo al utilizador mismo. Será oportuno conectar utilizadores diferentes con tensiones diferentes, tratando de utilizar la mayor cantidad de elementos de circuito; el amperímetro colocado en puntos diferentes indicará. la corriente que circula en cada componente o bien la corriente total erogada por el transformador. La fig. 5-2-1 da algunos ejemplos para realizar los circuitos propuestos cuyos esquemas prácticos de montaje están indicados en las figs. 5-22/3/4/5.

- 57 -

6. Resistencias en serie y paralelo

Fig. 5.2.1 Esquemas eléctricos relativos a la medición de corrientes continuas: tensión alternas de alimentación: (a): 6V; (b): 12 V; (c): 24 V; (d): 18 V.

- 58 -

6. Resistencias en serie y paralelo

Fig. 5.2.2 Esquemas eléctricos relativos a la medición de corrientes continuas: tensión de alimentación de 6 Vca y resistencia de 16 Ω.

- 59 -

6. Resistencias en serie y paralelo

Fig. 5.2.3 Esquemas eléctricos relativos a la medición de corrientes continuas: tensión de alimentación de 12 Vca y resistencia de 31,5 Ω.

- 60 -

6. Resistencias en serie y paralelo

Fig. 5.2.4 Esquemas eléctricos relativos a la medición de corrientes continuas: tensión de alimentación de 24 Vca y resistencia de 250 Ω.

- 61 -

6. Resistencias en serie y paralelo

Fig. 5.2.5 Esquemas eléctricos relativos a la medición de corrientes continuas: tensión de alimentación de 18 Vca y resistencia de 31,5 Ω.

- 62 -

6. Resistencias en serie y paralelo

6-

INTRODUCCION DE RESISTENCIAS CON VARIAS CONFIGURACIONES RESISTENCIAS EN SERIE Y PARALELO, REPARTIDORES DE TENSIÒN Y DE CORRIENTE, PRINCIPIOS DE KIRCHOFF Y TEOREMA DE THEVENIN. Las resistencias colocadas en serie se suman, por lo tanto

Rto t = R1 + R2 + R3 ... En cambio para las resistencias colocadas en paralelo es válida la fórmula:

Rtot =

1 1 1 1 + + ... R1 R2 R3

Algunas resistencias en serie constituyen un repartidor de tensión ya que son recorridas por la misma corriente cuando son alimentadas, aplicando la Ley de Ohm se logra con facilidad que la tensión aplicada sea repartida entre ellas según el valor correspondiente. Por ejemplo, si colocamos en serie dos resistencias R1 y R2 y, alimentamos la serie con una tensión V , la tensión en R A 2 se obtendrá de:

R2 R1 + R2 En forma análoga, algunas resistencias en paralelo constituyen un repartidor de corriente. Esto se puede demostrar nuevamente con la Ley de Ohm, puesto que todas las resistencias son sometidas a la misma tensión. Los dos principios de Kirchoff afirman que dada una red eléctrica cualquiera, compuesta por resistencias y generadores: a) la suma de las corrientes entrantes en un punto (punto de unión de varios componentes) siempre es cero b) la suma de las tensiones en una red (recorrido cerrado de la red) siempre es cero. VR 2 = V A ⋅

Fig. 6 Además, según el teorema de Thevenin, dada una red eléctrica cualquiera, compuesta de resistencias y generadores y, considerando un componente pasivo con carga, los efectos de toda la red en aquel componente equivalen a los efectos provocados por una red compuesta por un generador de tensión con una resistencia en serie, según la fig. siguiente donde Req es la resistencia vista por la carga de los bornes A y B con todos los generadores de corriente abiertos y los de tensión cortocircuitados, mientras que Veq es la tensión equivalente presente en los bornes A y B.

- 63 -

6.1 La ley de Ohm

6.1- MEDICION DE RESISTENCIA, VERIFICACION DE LA LEY DE OHM

a) b) c) d) e)

Realizar el circuito de la fig. 6-1-1 Poner E = 12 V.c.c. y R = 100 ohm Leer en el voltímetro V Leer en el amperímetro I Verificar que V = R.I

a) Sustituir el amperímetro con un cortocircuito y poner R = 63 ohm b) Leer V en el voltímetro y calcular I = V / R c) Verificar con el amperímetro el valor de I, volviéndolo a conectar en el circuito. a) b) c) d)

Quitar el voltímetro del circuito Poner R = 31,5 ohm Leer I en el amperímetro y calcular V = R. I Verificar, volviendo a conectar el voltímetro, el valor de V.

a) Introducir una R cualquiera (en relación a los rangos) en el circuito. b) Leer V en el voltímetro c) Leer I en el amperímetro y calcular R = V/I d) Quitar la alimentación y verificar con un ohmetro el resultado obtenido.

Fig. 6.1.1 Esquema eléctrico relativo a la medición de la resistencia para la verificación de la Ley de Ohm. Los esquemas prácticos de montaje del experimento están indicados en las figs. 6-1-2/3/4/5.

- 64 -

6.1 La ley de Ohm

Fig. 6.1.2 Esquema prácticos relativo a la medición de la resistencia para la verificación de la Ley de Ohm Tensión de alimentación de 12 Vca y resistencia de 100 Ω. Leer en el voltímetro la tensión V Leer en el amperímetro la corriente I Verificar si V = R · I

- 65 -

6.1 La ley de Ohm

Fig. 6.1.3 Esquema prácticos relativo a la medición de la resistencia para la verificación de la Ley de Ohm Tensión de alimentación de 12 Vca y resistencia de 63 Ω.

Reemplazar al amperímetro con un cortocircuito Leer la tensión V en el voltímetro y calcular I = V / R Verificar el valor de I, volviendo a reemplazar al cortociruito con el amperímetro.

- 66 -

6.1 La ley de Ohm

Fig. 6.1.4 Esquema prácticos relativo a la medición de la resistencia para la verificación de la Ley de Ohm Tensión de alimentación de 12 Vca y resistencia de 31,5 Ω.

Desconectar el voltímetro del circuito Leer la intensidad I en el amperímetro y calcular V = R · I Después de conectar el voltímetro, verificar el valor de V.

- 67 -

6.1 La ley de Ohm

Fig. 6.1.2 Esquema prácticos relativo a la medición de la resistencia para la verificación de la Ley de Ohm Tensión de alimentación de 12 Vca y resistencia de 500 Ω.

Leer la tensión V en el voltímetro Leer la intensidad I en el amperímetro y calcular R = V / I Cortar la alimentación y verificar con un ohmímetro el resultado obtenido.

- 68 -

6.2 Resistencia en serie - resistencia total - partidor de tension

6.2- RESISTENCIA EN SERIE - RESISTENCIA TOTAL - PARTIDOR DE TENSION

Realizar el circuito de la fig. 6-2-1. a) Poner E = 12 V.c.a. y R1 = 63 ohm; R2 = 31,5 ohm b) Medir la corriente I en la serie R1, R2 c) Calcular la tensión V en la serie de R1, R2 d) Calcular E = V/I e) Verificar que R = R1 + R2 f) Medir VR1 y VR2 y verificar que V = VR1 + VR2 g) Conocido VR2, verificar que VR2= V. h) Conocido VR1, verificar que VR2= V. i) Repetir los puntos desde la B) hasta la I) con distintos valores de R1 y R2

Fig. 6.2.1 Esquema relativo a la introducción de resistencias en serie. Los esquemas prácticos de montaje del experimento están indicados en las figs. 6-2-2/3/4.

- 69 -

6.2 Resistencia en serie - resistencia total - partidor de tension

Fig. 6.2.2 Esquema prácticos relativo a la introducción de resistencias en serie. Tensión de alimentación de 12 Vca y resistencias R5 (31,5 Ω), R6 (63 Ω).

Medir VR5 Medir I Calcular R5 = VR5 / I

- 70 -

6.2 Resistencia en serie - resistencia total - partidor de tension

Fig. 6.2.3 Esquema prácticos relativo a la introducción de resistencias en serie. Tensión de alimentación de 12 Vca et resistencias R5 (31,5 Ω), R6 (63 Ω).

Medir VR6 Medir I Calcular R6 = VR6 / I

- 71 -

6.2 Resistencia en serie - resistencia total - partidor de tension

Fig. 6.2.4 Esquema prácticos relativo a la introducción de resistencias en serie. Tensión de alimentación de 12 Vca y resistencias R5 (31,5 Ω), R6 (63 Ω).

Medir V Medir I Calcular Rx = V / I Verificar si Rx = R5 + R6 Verificar si V = VR5 + VR6;

- 72 -

6.3 Resistencias en paralelo,- resistencia total - partidor de corriente

6.3- RESISTENCIAS EN PARALELO - RESISTENCIA TOTAL - PARTIDOR DE CORRIENTE Analizar el circuito de la fig. 6-3-1.

A) Poner E = 12 Vc.a.; R1 = R2 = 31,5 ohm B) Medir V en el paralelo de R1, R2 C) Medir I en el paralelo V D) Calcular R = I E)

Verificar que R =

1 1 ; + R1 R 2

(R1 e R5; R2 e RV)

Medir IR1 e IR2 y verificar que I = I R1 + I R 2 , además, verificar V V que I R1 = e I R2 = R1 R2

F)

G) H) I)

Conocida IR1 , verificar que I R1 = I ⋅

R2 R1 + R 2

R1 R1 + R 2 Repetir los puntos desde la B) hasta la I) con distintos valores de R1 y R2 Conocida IR2, verificar que I R 2 = I ⋅

Para obtener R1=R2, se deberá usar en este experimento también la resistencia variable RV, que será regulada para obtener el mismo valor de aquel seleccionado entre las resistencias con valor fijo, el valor obtenido se podrá medir con un multímetro normal. Para la medición de las corrientes I, IR1 e IR2 el amperímetro será colocado alternativamente entre los puntos relativos de medición.

Fig. 6.3.1 Esquema eléctrico relativo a la introducción de resistencias en paralelo.

- 73 -

6.3 Resistencias en paralelo,- resistencia total - partidor de corriente

Los esquemas prácticos para el montaje del experimento están montados en las figs. 6-3-2/3/4..

Fig. 6.3.2 Esquema práctico relativo a la introducción de resistencias en paralelo Tensión de alimentación de 12 Vca y resistencias R5, RV (ajuste a 31,5 Ω). Medir la tensión V en el paralelo de R5 y RV; Medir la corriente I en el paralelo de R5 y RV; Calcular Rx = V / I

- 74 -

6.3 Resistencias en paralelo,- resistencia total - partidor de corriente

Fig. 6.3.3 Esquema práctico relativo a la introducción de resistencias en paralelo Tensión de alimentación de 12 Vca y resistencias R5, RV (ajuste a 31,5 Ω).

Medir la tensión V; Medir la corriente I de R5; Calcular R5 = V / I

- 75 -

6.3 Resistencias en paralelo,- resistencia total - partidor de corriente

Fig. 6.3.4 Esquema prácticos relativo a la introducción de resistencias en paralelo Tensión de alimentación de 12 Vca y resistencias R5, RV (ajuste a 31,5 Ω).

Medir la tensión V; Medir la corriente I de RV; Calcular RV = V / I Verificar si Rx = (1 / R5) + (1 / RV);

- 76 -

6.4 Resistencias en serie y paralelo

6.4 SERIE Y PARALELO DE RESISTENCIAS - RESISTENCIA TOTAL - PARTIDOR DE TENSION Y CORRIENTE

Realizar el circuito de la fig. 6-4-1 b) c) d) e) f) g) h) i) j)

Poner E = 12 V.c.a R1 = R2 = 16 ohm R3 = 31,5 ohm Medir I y V2 V2 Calcular Rtot = I R1⋅ R 2 Verificar Rpar = R1 + R 2 V3 Medir V3 y calcular I R 3 = R3 Medir IR2 e IR1 Verificar que I = IR1 + IR2 = IR3 Verificar que V1 + V3= V2 Repetir el experimento con distintos valores de R1, R2 y R3

Para obtener R1=R2, se deberá usar en este experimento también la resistencia variable RV, que será regulada para obtener el mismo valor de aquel seleccionado entre las resistencias con valor fijo, el valor obtenido se podrá medir con un multímetro normal. Para la medición de las corrientes IR1, IR2 e IR3 el amperímetro será colocado alternativamente entre los puntos relativos de medición.

Fig. 6.4.1 Esquema eléctrico relativo a la introducción serie paralelo de resistencias. Los esquemas prácticos de montaje están indicados en las figs. 6-4-2/3/4.

- 77 -

6.4 Resistencias en serie y paralelo

Fig. 6.4.2 Esquema práctico relativo a la introducción serie paralelo de resistencias. Tensión de alimentación de 12 Vca y resistencias R4, R5, RV (ajuste a 16 Ω).

Medir la corriente I Medir la tensión V2; Calcular Rx = V2 / I;

- 78 -

6.4 Resistencias en serie y paralelo

Fig. 6.4.3 Esquema práctico relativo a la introducción serie paralelo de resistencias. Tensión de alimentación de 12 Vca y resistencias R4, R5, RV (ajuste a 16 Ω).

Medir la corriente I de R4 Medir la tensión V1; Calcular Rx = V1 / IR4;

- 79 -

6.4 Resistencias en serie y paralelo

Fig. 6.4.4 Esquema práctico relativo a la introducción serie paralelo de resistencias. Tensión de alimentación de 12 Vca y resistencias R4, R5, RV (ajuste a 16 Ω).

Medir la corriente I de RV; Medir la tensión V1; Calcular Rx = V1 / IRV; Verificar si Rpar = (R5 ⋅ RV) / ( R% + RV); Verificar si I = IR5 + IRV; Verificar si V1 + V3 = V2.

- 80 -

6.5 Transferencia maxima de potencia

6.5- TRANSFERENCIA MAXIMA DE POTENCIA

Realizar el circuito de la fig. 6.5.1. A)

Poner E = 12 Vcc y R1 = 16 ohm

B)

Poner el valor de la resistencia variable a cero (RV=0)

C)

Aumentar gradualmente el valor de la resistencia RJ controlando las indicaciones del amperímetro y dei voltímetro y escribir los valores respectivos V, I, R.

D)

Verificar que el producto V x I sea lo máximo para RV=RI

E)

Repetir el experimento para otros valores de R1.

Fig. 6.5.1 Esquema eléctrico relativo ala determinación de la transferencia máxima de potencia. . El esquema práctico de montaje del experimento está indicado en la fig. 6-5-2.

- 81 -

6.5 Transferencia maxima de potencia

Fig. 6.5.2 Esquema práctico relativo ala determinación de la transferencia máxima de potencia. Tensión de alimentación de 12 Vca y resistencias R4, RV (ajuste 0-100 Ω).

Aumentar de modo gradual el valor de la resistencia RV controlando las indicaciones del amperímetro y del voltímetro y registrar los respectivos valores de V, I y R. Seleccionar el alcance del amperímetro por medio del conmutador S4.

Verificar si el producto V · I es más alto para RV ó para R4.

- 82 -

6.6 Principio de Kirchoff

6.6- PRINCIPIOS DE KIRCHOFF EN LOS NUDOS Y EN LAS REDES - PRINCIPIO DE SOBREPOSICION DE LOS EFECTOS

Realizar el circuito de la fig. 6-6-1 a) Poner E1 = 6 V.c.c. E = O (bornes C y D abiertos) b) Medir las corrientes en todas Las ramas del circuito. c) Verificar que en el nudo K haya I1 + 13+ 14= 0 d) Verificar que en el nudo W haya I2 + I5 + I3 = O e) Medir V1 V2 y V3 y verificar que en la red V1 + V2 + V3 = 0 g) Poner E1 = 0 (bornes A y B abiertos) y E2 = 12 Vcc h) Repetir el experimento desde el punto C hasta el punto F. i)

Poner E1 = 6 V.c.c. y E2 = 12 V.c.c (con un alimentador auxiliar adecuado como por ej. nuestro mod. V30/V4). Medir todas las corrientes y todas las tensiones en el circuito y verificar que, en este caso, cada tensión y cada corriente es igual a la suma de las tensiones o corrientes respectivas en los dos casos anteriores.

Nota: En este experimento será necesario conocer las diversas corrientes que circulan en los ramos para poder realizar la suma algebraica; por lo tanto es necesario equiparse con un instrumento a bobina móvil, el cual, además de indicar la entidad de dichas corrientes, también indicará el sentido.

Fig. 6.6.1 Esquema eléctrico relativo a la verificación de los principios de Kirchoff y de la sobreposición de los efectos. Los esquemas prácticos de montaje del experimento están indicados en las figs. 6-6-2/3/4. - 83 -

6.6 Principio de Kirchoff

Fig. 6.6.2 Esquema prácticos relativo a la verificación de los principios de Kirchoff y de la sobreposición de los efectos

- 84 -

6.6 Principio de Kirchoff

Fig. 6.6.3 Esquema prácticos relativo a la verificación de los principios de Kirchoff y de la sobreposición de los efectos.

- 85 -

6.6 Principio de Kirchoff

Fig. 6.6.4 Esquema prácticos relativo a la verificación de los principios de Kirchoff y de la sobreposición de los efectos.

- 86 -

6.7 Theorema de Thevenin

6.7 THEOREMA DE THEVENIN

Seguir haciendo referencia al circuito de la fig. 6-6-1 a) Poner E1 = 12 V.c.c. – E2 = O b) Desconectar el resistor de 31,5 ohm y medir la tensión v entre los puntos K y W y tomar nota c) Desconectar E1 y cortocircuitear los puntos A y B d) Medir con un ohmetro la resistencia entre los puntos K y W e) Verificar que la resistencia medida corresponda a la resistencia equivalente, calculada entre los puntos K y W. f)

Realizar el circuito de la fig. 6-7-1

g) Regular Eeq con el valor de V, logrado en el punto C h) Regular el valor de la caja de resistencias con el valor logrado en el punto E. i)

Medir la tensión y la corriente en la carga de 31,5 ohm

j)

Verificar que la tensión y la corriente medidas en este caso, correspondan a aquellas medidas en la misma carga en el circuito de la fig 6-6-1.

Fig. 6.7.1 Esquema eléctrico relativo a la verificación del teorema de Thevenin. Los esquemas prácticos de montaje del experimento están indicados en las figs. 6-7-2/3/4.

- 87 -

6.7 Theorema de Thevenin

Fig. 6.7.2 Esquema prácticos relativo a la verificación del teorema de Thevenin.

- 88 -

6.7 Theorema de Thevenin

Fig. 6.7.3 Esquema prácticos relativo a la verificación del teorema de Thevenin.

- 89 -

6.7 Theorema de Thevenin

Fig. 6.7.4 Esquema prácticos relativo a la verificación del teorema de Thevenin.

- 90 -

NOTE

NOTE

ELETTRONICA VENETA spa - 31045 Motta di Livenza (Treviso) ITALY Via Postumia. 16 – Tel. +39 0422 7657 r.a. – Fax +39 0422 861901 www.elettronicaveneta.com

All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in any retrieval system, or transmitted in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, or otherwise without the prior writen permission of Elettronica Veneta S.p.a.