3.5: Divisor de corriente

PARTES Y MATERIALES

• Calculadora (o lápiz y papel para hacer aritmética)
• Batería de 6 voltios
• Surtido de resistencias entre 1 KΩ y 100 kΩ en valor

Referencias cruzadas

Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 1, Capítulo 6: “Circuitos Divisores y Leyes de Kirchhoff”

Objetivos de aprendizaje

• Uso del voltímetro
• Uso de amperímetro
• Uso del ohmímetro
• Uso de la Ley de Ohm
• Uso de la Ley Actual de Kirchhoff (KCL)
• Diseño de divisor de corriente

Diagrama esquemático

Ilustracion

Normalmente, se considera inadecuado asegurar más de dos cables bajo un solo tornillo de regleta de terminales. En esta ilustración, muestro tres alambres que se unen en el tornillo superior de la orejeta más a la derecha utilizada en esta tira. Esto se hace por la facilidad de probar un concepto (de suma de corriente en un nodo de circuito), y no representa una técnica de montaje profesional.

El carácter no profesional del método de construcción “de forma libre” no amerita más comentarios.

INSTRUCCIÓN

Una vez más, muestro diferentes métodos para construir el mismo circuito: placa de pruebas, regleta de terminales y “forma libre”. Experimente con todos estos formatos de construcción y familiarízate con sus respectivas ventajas y desventajas.

Seleccione tres resistencias de su surtido de resistencias y mida la resistencia de cada una con un ohmímetro. Tenga en cuenta estos valores de resistencia con lápiz y papel, para referencia en sus cálculos de circuito.

Conecte las tres resistencias en paralelo y entre sí, y con la batería de 6 voltios, como se muestra en las ilustraciones. Mida el voltaje de la batería con un voltímetro después de que las resistencias hayan sido conectadas a ella, observando también esta cifra de voltaje en papel. Es recomendable medir el voltaje de la batería mientras alimenta el circuito de resistencia porque este voltaje puede diferir ligeramente de una condición sin carga.

Mida el voltaje en cada una de las tres resistencias. ¿Qué notas? En un circuito en serie, la corriente es igual a través de todos los componentes en un momento dado. En un circuito paralelo, el voltaje es la variable común entre todos los componentes.

Use la Ley de Ohm (I=E/R) para calcular la corriente a través de cada resistor, luego verifique este valor calculado midiendo la corriente con un amperímetro digital. Coloque la sonda roja del amperímetro en el punto donde los extremos positivos (+) de las resistencias se conectan entre sí y levante un cable de resistencia a la vez, conectando la sonda negra del medidor al cable levantado. De esta manera, mida cada corriente de resistencia, observando tanto la magnitud de la corriente como la polaridad. En estas ilustraciones, muestro un amperímetro utilizado para medir la corriente a través de R ₁:

Mida la corriente para cada una de las tres resistencias, comparando con las cifras de corriente calculadas previamente. Con el amperímetro digital conectado como se muestra, las tres indicaciones deben ser positivas, no negativas.

Ahora, mida la corriente total del circuito, manteniendo la sonda roja del amperímetro en el mismo punto del circuito, pero desconectando el cable que conduce al lado positivo (+) de la batería y tocando la sonda negra hacia ella:

Anote tanto la magnitud como el signo de la corriente como lo indica el amperímetro. Agregue esta figura (algebraicamente) a las tres corrientes de resistencia. ¿Qué nota del resultado que es similar al experimento de Ley de Voltaje de Kirchhoff? La Ley de Corriente de Kirchhoff es que las corrientes “sumen” en un punto (nodo) en un circuito, así como la Ley de Voltaje de Kirchhoff es a voltajes que se suman en un bucle en serie: en ambos casos, la suma algebraica es igual a cero.

Esta Ley también es muy útil en el análisis matemático de los circuitos. Junto con la Ley de Voltaje de Kirchhoff, nos permite generar ecuaciones que describen varias variables en un circuito, que luego pueden resolverse usando una variedad de técnicas matemáticas.

Ahora considere las cuatro mediciones de corriente como todos los números positivos: las tres primeras representan la corriente a través de cada resistencia, y la cuarta representa la corriente total del circuito como una suma positiva de las tres corrientes “ramificadas”. Cada corriente de resistencia (rama) es una fracción, o porcentaje, de la corriente total. Esta es la razón por la cual un circuito de resistencia paralelo a menudo se llama divisor de corriente.

Desconecte la batería del resto del circuito y mida la resistencia a través de las resistencias paralelas. Puede leer la resistencia total en cualquiera de los terminales de las resistencias individuales y obtener la misma indicación: será un valor menor que cualquiera de los valores de resistencia individuales. Esto suele sorprender a los nuevos estudiantes de electricidad, que lees exactamente la misma cifra de resistencia (total) al conectar un ohmímetro a través de cualquiera de un conjunto de resistencias conectadas en paralelo. Sin embargo, tiene sentido si se consideran los puntos en un circuito paralelo en términos de comunalidad eléctrica. Todos los componentes paralelos están conectados entre dos conjuntos de puntos eléctricamente comunes. Dado que el medidor no puede distinguir entre puntos comunes entre sí a modo de conexión directa, leer la resistencia a través de una resistencia es leer la resistencia de todos ellos. Lo mismo ocurre con el voltaje, razón por la cual el voltaje de la batería podría leerse en cualquiera de las resistencias con la misma facilidad que podría leerse directamente en los terminales de la batería.

Si divide el voltaje de la batería (previamente medido) por esta cifra de resistencia total, debe obtener una cifra para la corriente total (I=E/R) que se corresponda estrechamente con la cifra medida.

La relación entre la corriente de la resistencia y la corriente total es la misma que la relación entre la resistencia total y la resistencia individual. Por ejemplo, si una resistencia de 10 kΩ forma parte de un circuito divisor de corriente con una resistencia total de 1 kΩ, esa resistencia conducirá 1/10 de la corriente total, sea cual sea el valor que ese total de corriente pase a ser.

SIMULACIÓN COMPU

Esquema con números de nodo SPICE:

Los amperímetros en las simulaciones SPICE son en realidad fuentes de voltaje cero insertadas en los caminos del flujo de electrones. Notará que las fuentes de voltaje V _ir1, V _ir2 y V _ir3 están ajustadas a 0 voltios en la netlist. Cuando los electrones entran en el lado negativo de una de estas baterías “ficticias” y salen del positivo, la indicación de corriente de la batería será un número positivo. En otras palabras, estas fuentes de 0 voltios deben considerarse como amperímetros con la sonda roja en el lado de línea larga del símbolo de la batería y la sonda negra en el lado de línea corta.

Netlist (hacer un archivo de texto que contenga el siguiente texto, textualmente):

_{Cuando se ejecuta, SPICE imprimirá una línea de texto que contiene cuatro cifras actuales, la primera corriente representa el total como una cantidad negativa, y las otras tres representan corrientes para las resistencias R1, R2 y R 3.} Cuando se agregan algebraicamente, la cifra negativa y las tres cifras positivas formarán una suma de cero, como lo describe la Ley Actual de Kirchhoff.