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Cálculos Simples de Circuitos (M001S)

Algunos pequeños problemas de electrónica pueden producir a muchos lectores graves dudas, llegando incluso a comprometer el éxito de la realización de proyectos. Con el fin de aclarar este tipo de problemas básicos, damos aquí algunos de los principales procedimientos para realizar los cálculos necesarios.

¿Cómo calcular la caída de tensión en un resistor? ¿Cómo determinar el valor del resistor que debe ser conectado en serie con una fuente para obtener determinada tensión?

Para los que poseen estudios técnicos, y hasta estudios superiores, este tipo de cálculo es muy sencillo, pero sabemos que una parte importante de nuestros lectores practica la electrónica como pasatiempo, y por lo tanto no tiene la obligación de saber todo.

Atendiendo a muchos pedidos de lectores que nos escriben, buscando solución a sus dudas, damos en este artículo algunos buenos datos para facilitar cálculos que aparecen con frecuencia en los trabajos de electrónica.

Los cálculos que abordamos requieren sólo operaciones básicas, tales como división, multiplicación, suma, resta y eventualmente una raíz cuadrada. Sin embargo, debe quedar claro que, como en matemática, lo más importante es la práctica, y sugerimos a los lectores interesados me no se limiten a la lectura de este artículo, sino que practiquen los ejercicios que les daremos.

 

Caída de tensión

Cuando circula una corriente por un resistor, la energía es transformada en calor. El resultado es que la tensión aplicada tiene una caída, como muestra la figura 1.

 

Figura 1
Figura 1

 

Sin embargo, al contrario de lo que piensan muchos lectores, esta caída no es una constante que depende única y exclusivamente del valor del resistor usado.

El cálculo de la caída de tensión depende también de la corriente que circula por el resistor, la cual también es una consecuencia de la tensión existente en el circuito.

En resumen, para calcular la caída de tensión en el resistor, o sea, cuanto tendremos después del resistor, sobre la carga, como muestra la figura 2, tenemos dos posibilidades:

 

Figura 2
Figura 2

 

La primera consiste en trabajar con la corriente en el resistor, que llamaremos I, y con el valor del proprio resistor que llamaremos R.

Esta caída de tensión está entonces dada por: V = R x I.

Esto quiere decir que simplesmente multiplicamos el valor de la resistencia (en Ω) por la corriente en amperes.

Ejemplo: ¿Cuál es la caída de tensión en el resistor de la figura 3?

 

Figura 3
Figura 3

 

Solución: multiplicamos la resistencia que es de 100 ohm por la corriente que es de 20mA o sea,

V = 100 x 0,02

V = 2 V

Obtenemos en la carga una tensión de 2V“.menor que la de la fuente como muestra la figura 4.

 

Figura 4
Figura 4

 

Una conclusión importante que debe sacar de esto el lector es que la carga que se conecta en serie con el resistor no tuviera un consumo de corriente constante, la caída de tensión no será tampoco tija. Si en este circuito Ia corriente varia de 0,02A a 0,1A, por ejemplo, la caída de tensión cambiará de 2V a 10V!

La segunda posibilidad consiste en trabajar con la resistencia total del circuito y con la tensión de la fuente, cuando no conocemos la corriente. De este modo podremos calcular la corriente en el circuito y luego caer en el caso anterior.

En el ejemplo de la figura 5, para calcular la corriente, procedemos del siguiente modo:

 

Figura 5
Figura 5

 

a) Sumamos las resistencias R1 y R2 (en ohm).

b) Dividimos la tensión de la fuente (V) por el resultado de la suma del ítem anterior.

Obtenemos en este caso la corriente en los dos resistores, que es la misma, pues recordamos que lo que cambia es la tensión. La corriente tendrá el mismo valor en todos los puntos del circuito.

Para que el lector practique: calcule la caída de tensión en el resistor R1 y en el resistor R2 del circuito de la figura 6.

 

Figura 6
Figura 6

 

 

Resistor reductor

Una consecuencia de lo que vimos más arriba es un tipo de cálculo muy solicitado por los lectores:

¿Que resistor debemos conectar en serie con un LED, una lámpara u otro aparato, cuando la tensión de alimentación es mayor que la soportada por el dispositivo alimentado? (figura 7).

 

Figura 7
Figura 7

 

Para este tipo de cálculo debemos tener en cuenta, en primer lugar, la conclusión del titulo anterior: solamente será válido el cálculo si la corriente en el dispositivo alimentado tuera constante, pues como vimos, si la corriente varia no podemos hacer que el resistor mantenga una caída constante; la caída variará con la corriente.

Esto significa que solamente dispositivos de consumo de corriente constante pueden ser alimentados en principio por fuentes de tensión más alta, sin ninguna regulación y usando solamente un resistor como reductor. Las radios, amplificadores, transmisores, donde el consumo varia según el volumen y la modulación, no pueden resolverse de este modo, ya que no encuadran en este caso.

En cambio una lámpara, un LED, un timer de consumo constante, sí sirven.

¿Como se procede?

Tomemos como ejemplo el caso de la figura 8.

 

Figura 8
Figura 8

 

Queremos saber cuál debe ser el valor del resistor R para que la tensión en el circuito de carga sea del valor deseado (Vl). La tensión de alimentación de que disponemos en este caso es V.

¿Nos alcanza con esto?

¡No! Como en el caso anterior, para calcular la calda de tensión es importante poseer una información más: la corriente exigida por el aparato alimentado o bien su potencia, pues con la potencia podemos calcular la corriente.

Si denominamos “I” a la corriente del aparato alimentado, procedemos de la siguiente forma:

a) Verificamos cuál debe ser la caída de tensión en el resistor R, sustrayendo la tensión de alimentación del aparato (Vt), de la tensión de la fuente. Hacemos:

VR = V - V1

b) EI valor obtenido (VR) será dividido por la corriente (I), resultando el valor del resistor R.

R = VR/ I

Recuerde que en estos cálculos las tensiones deben estar en volts, las corrientes en amperes, y las resistencias en Ω.

Ejemplo: queremos calcular el valor de R para poder conectar una 3 lámpara de 6V x 50mA a una fuente de 12 V (figura 9).

 

Figura 9
Figura 9

 

En este caso tenemos:

Tensión de alimentación: (V) = 12 V

Corriente del circuito (I) = 50 mA = 0,05 A

Tensión del aparato alimentado (V1) = 6V

 

Hacemos entonces:

a) Caída de tensión:

VR = 12 – 6

VR = 6 V

b) Calculo de R:

R = VR/I

R = 6/0,05

R = = 120 ohm

¡Pero cuidado! Todavía no terminamos. Vea que hablamos de un resistor que AL ser recorrido por una corriente se calienta.

Se este recalentamiento fuera excesivo, el sabe muy bien qué ocurre: el se puede quemar. Por eso, antes de salir a comprar un resistor es preciso también determinar a cual debe ser la potencia mínima de disipación o sea de cuántos watts debe ser.

Calcular esta potencia (P) es sencillo; Basta multiplicar el valor da de tensión (VR) por la corriente (l). En nuestro ejemplo tenemos

P = VR x I

P=6 x 0,05

P = 0,3 W ó 300mW

Vea entonces, que si el lector compra un resistor de 1/8W (125mW) o incluso de 1/4W (25omW), va a perder el tiempo, pues el componente se va a calentar demasiado y se quemará! Es preciso dar un margen de seguridad y comprar un resistor bastante mas grande: 1/2W (500mW) o incluso de 1W.

Los lectores inteligentes deben haber percibido que estos cálculos valen para el caso de LEDs, ya que estos componentes normalmente funcionan con corrientes (l) entre 20 y 50mA y la tensión es siempre la misma, de 1,6V (para los rojos).

Con las indicaciones que les dimos les será muy fácil calcular cuál es la resistencia que debe ser conectada en serie con un LED en cualquier circuito.

Para que el lector practique: ¿Cuál debe ser la resistencia R en el circuito de la figura 10 para que el LED funcione con 20mA?

 

Figura 10
Figura 10

 

 

 

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