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PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA TOMO III Antonio Hermosa Donate 

PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA

Introducción

PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA: La materia que se expone en esta serie de libros constituye los principios fundamentales de la electricidad y de la electrónica.

En este tomo (III), se explican, de forma detallada y práctica, los principios básicos sobre los circuitos de corriente alterna

tales como reactancia, impedancia, desfases, factor de potencia (Cos  ), potencias activas y reactivas, resonancia, etc.,

así como una introducción al cálculo mediante números complejos. Todo ello se explica combinando adecuadamente los conceptos teóricos con la utilidad práctica,y apoyado por diversos ejercicios desarrollados.

También se dedica un capítulo completo para explicar los principios conceptuales de la electrónica

y proporcionar una visión global sobre los componentes electrónicos básicos, así como la base física que soporta a la electrónica;

los materiales semiconductores, en especial el silicio.

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Nivel técnico

El nivel técnico es basico-medio, procurando un máximo didactismo y un enfoque práctico.

Estas características hacen que resulte de especial interés en los estudios de formación técnica profesional en general (ciclos formativos),

así como a todo aquel interesado en las bases de la electricidad y electrónica.

Estudios profesionales

Dado las necesidades de los estudios profesionales (ciclos formativos) y a la formación autodidacta a que se ven obligados los técnicos en ejercicio,

así como el interés mostrado por los lectores, se ha considerado ampliar esta colección con nuevos tomos

para poder así tratar todos los temas fundamentales de la electricidad y electrónica con el nivel y enfoque adecuado a los estudios profesionales y necesidades de la industria.

Por ello, se ha hecho una reestructuración de la serie para dar lugar a nuevos tomos.

A partir del tomo IV, todos los temas serán exclusivamente de electrónica, siguiendo la misma línea didáctica que en los anteriores tomos.

Se iniciará partiendo de la base electrónica que se explica en el capítulo 5 del presente tomo, cuyos componentes serán tratados de forma detallada y, sobre todo, con circuitos prácticos de aplicación.

En sucesivos tomos se tratarán todos los demás componentes y sistemas de mayor interés de la electrónica aplicada,

dentro de las ramas de amplificación de sonido (audio), electrónica industrial y técnicas digitales. EL AUTOR 

Conceptos y análisis de circuitos básicos en corriente alterna

1.1 RESISTENCIA PURAMENTE ÓHMICA

Se entiende por resistencia óhmica pura, aquella cuyo valor viene dado específicamente por sus características físicas materiales,

siendo su valor constante e independiente de la frecuencia.

Dicho valor viene determinado por el parámetro resistividad, ρ, característico de cada material.

Así, pues, el valor resistivo de un hilo conductor (por ejemplo, cobre) de una cierta longitud y sección viene dado exclusivamente por la conocida expresión:

Y el valor de la resistencia (R) es igual tanto en c.c. como en c.a.; de hecho, en la fórmula no aparece el factor frecuencia.

En el caso de los componentes denominados resistores (o simplemente, resistencias) es su valor característico.

Así, por ejemplo, una resistencia pura de 100 Ω debe producir el mismo efecto de oposición al paso de la corriente tanto con una tensión continua como con una tensión alterna;

el valor de corriente queda determinado por los 100 Ω, como se representa gráficamente en la figura 1.1.

1.2 LA BOBINA EN CORRIENTE ALTERNA. REACTANCIA INDUCTIVA (XL)

Antes de pasar a explicar el comportamiento y características que presenta la bobina cuando se le aplica corriente alterna,

veamos un breve repaso sobre el comportamiento de la bobina en corriente continua.

Comportamiento de la bobina en corriente continua:

Cuando se le aplica una tensión continua a la bobina ésta genera un campo
magnético mientras circule corriente por ella;

o sea, se comporta como un imán (fig.1.2). Además, se producen unos retrasos en la corriente en los instantes de la conexión y desconexión (fig.1.3),

que hace que se tarde un cierto en alcanzar los valores permanentes. (Esto es debido al efecto de autoinducción;

Variaciones de corriente

las variaciones de corriente dan lugar a que se genere una f.e.m. cuya polaridad es siempre tal que se opone a que la corriente aumente o disminuya – ley de Lenz).

Asimismo, en los instantes de la desconexión, debido al efecto de autoinducción y a la gran rapidez

con se puede extinguir la corriente, se pueden generar unos impulsos de f.e.m. de muy elevado voltaje.

A nivel resistivo, todo se limita a la resistencia óhmica del hilo; por ello, en la práctica,

veces se dice que la bobina en corriente continua se comporta como si fuera un hilo conductor

Cuando la bobina recibe corriente alterna, además de la resistencia puramente óhmica determinada por el hilo,

aparece otro factor de oposición a la circulación de la c.a. que se denomina reactancia inductiva, que se representa por XL y se mide en Ω.

Efecto de autoinducción

Esto es debido al efecto de autoinducción, que se da de forma continua y con una rapidez determinada por la frecuencia.

La reactancia es el valor resistivo que normalmente se tiene en cuenta en las bobinas; de hecho, en la bobina ideal (o pura) se supone una resistencia óhmica (la del hilo) de 0 Ω.

El valor de reactancia de una bobina depende de su valor de inductancia y de la frecuencia de la corriente alterna aplicada.

Aunque la bobina equivale a dicho valor resistivo, en la realidad, no es equivalente totalmente a una resistencia del mismo valor óhmico,

ya que, como más adelante se explica, no disipa potencia eléctrica como la resistencia.

Oposición de la bobina

La oposición que presenta una bobina al paso de la corriente alterna, como se deduce, aumenta pues con la frecuencia; la reactancia es mayor conforme aumenta la frecuencia.

Y cuanto mayor sea el valor de la inductancia (L) mayor será también
el efecto de la reactancia (fig.1.4); el factor 2π L es una constante que determina la pendiente de la recta.

De hecho, la expresión XL = 2π f L se corresponde con la ecuación de una recta, y = a x + b, siendo: b = 0, a = 2π L y x = f.

A muy elevada frecuencia, como se deduce, su reactancia tiende a infinito; o sea, la bobina tiende a comportarse como un circuito abierto.

Por otra parte, a fre cuencias muy bajas la reactancia será muy baja; o sea, la bobina se comporta casi como un cortocircuito.

El efecto de oposición al paso de la corriente alterna que presenta la bobina,
reactancia inductiva, aparece como consecuencia del fenómeno de la autoinducción.

Que, como ya debe saberse (tomo 2), consiste en que la bobina se autoinduce una f.e.m. cuando se producen variaciones de corriente;

y la polaridad de dicha f.e.m. es tal que siempre se opone a dichas variaciones (ley de Lenz).

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Resistencia a las corrientes variables

En resumen, presenta resistencia a las corrientes variables. El valor de f.e.m. (E) autoinducida viene dado por la fórmula de Faraday:

Cuanto mayor se la frecuencia mayor será la velocidad de variación de la intensidad (∆I/∆t) y mayor será también entonces el valor de la f.e.m. autoinducida (E).

Y este efecto será asimismo mayor cuanto mayor sea el valor de la inductancia (L).

O sea, la corriente alterna de entrada se encuentra una oposición (originada por la f.e.m.) que es mayor cuanto mayor sea la frecuencia.

Y, por este mismo motivo de oposición a las variaciones de corriente, la intensidad circula por la bobina con un retraso (teórico) de 90º con respecto a la tensión.

En cambio en corriente continua, la resistencia únicamente se debe a la puramente óhmica del hilo;

por ello, en la práctica, a veces se dice que la bobina en c.c. se comporta como si fuera un simple hilo conductor,

y que sólo tiene resistencia en
corriente alterna. De hecho, la fórmula de la reactancia también indica que en c.c. el valor de la reactancia vale cero:

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