Análisis y simulación de circuitos eléctricos en corriente continua. Miguel Alfonso Altuve Paredes
continuos). Por ejemplo, una señal lógica es una señal digital con solo dos valores posibles (0 y 1) y describe un flujo de bits (la unidad de datos más pequeña en computación).
Existen varios instrumentos que se utilizan para medir las variables de interés en un circuito eléctrico. Estos instrumentos se deben conectar de una manera particular en el circuito con el fin de no afectar su comportamiento.
Los instrumentos de medida pueden ser analógicos o digitales. El instrumento analógico utiliza directamente la señal observada para representar su valor por medio de una aguja que se mueve en función de la amplitud de la señal medida, mientras que el instrumento digital convierte la señal medida en una señal digital, usando un convertidor analógico digital (CAD), y el valor medido es representado en una pantalla numérica. Los instrumentos digitales han sustituido, en gran medida, a los instrumentos analógicos, debido a las ventajas que estos poseen. Sin embargo, hay que tener en cuenta que todas las variables físicas de la naturaleza (temperatura, presión, sonido, corriente, voltaje, frecuencia, etc.) son señales analógicas.
A continuación se describen algunos instrumentos de medida usados para analizar circuitos eléctricos. Entre estos instrumentos se tienen: amperímetro, voltímetro, óhmetro, multímetro y osciloscopio. Un estudio a profundidad de estos instrumentos se puede encontrar en cualquier libro de mediciones eléctricas, como los que se detallan en la bibliografía al final del documento.
Un amperímetro es un instrumento de medida de dos terminales, generalmente, una de color rojo y otra de color negro, que mide la corriente eléctrica que circula a través de las terminales del instrumento. Usaremos el símbolo que se muestra en la figura 1.8 para representar un amperímetro.
Figura 1.8: Símbolo del amperímetro. Se observan las terminales roja y negra.
El amperímetro se debe conectar en serie4 con el elemento de circuito donde se desea medir la corriente eléctrica. Además, los colores de las terminales son tomados en cuenta para obtener el sentido de la corriente que circula por el elemento: la deflexión de la aguja hacia la izquierda en un amperímetro analógico o un signo negativo en la pantalla del amperímetro digital (normalmente en una pantalla de cristal líquido o LCD) indica que la corriente circula en sentido contrario. Por ejemplo, considere el circuito de la figura 1.9(a), el cual está compuesto por una fuente de voltaje de valor VF y tres elementos. Si deseamos determinar la corriente que circula por el elemento 3, corriente que hemos denominado I3, de acuerdo con el sentido de la corriente mostrada en la figura (de izquierda a derecha), se debe conectar el amperímetro en serie con el elemento 3, tal como se muestra en la figura 1.9(b), con la corriente I3 entrando por la terminal o punta roja del instrumento.
Figura 1.9: Utilización del amperímetro para medir la corriente que circula por un elemento. En (a) el circuito eléctrico y en (b) la conexión del amperímetro para medir la corriente I3.
Dado que el amperímetro tiene una resistencia interna muy pequeña (R → 0 Ω), el voltaje entre sus terminales es muy pequeño y se puede despreciar; por lo tanto el instrumento suele verse como un cortocircuito (cable) en el circuito y no afecta, o afecta muy poco, la corriente a medir, cuando se conecta en un circuito eléctrico.
Existen modelos de amperímetros para medir corriente continua y para medir corriente alterna. Además, estos instrumentos vienen calibrados en diferentes escalas (rango o intervalos de medición) con el fin de obtener una mayor precisión y evitar el daño del instrumento o de alguno de sus componentes, como un fusible. Por ejemplo, si se desea medir una corriente de 15 mA y se cuenta con un amperímetro con tres escalas: 0 − 2000 µA, 0 − 20 mA y 0 − 2 A, se debe seleccionar la segunda escala, 0 − 20 mA, para obtener el valor más exacto; si se selecciona la primera escala (0 − 2000 µA), el fusible del dispositivo se quemará y dejará de funcionar, mientras que si se escoge la última escala (0 − 2000 mA), la corriente medida no será muy precisa.
Un voltímetro es un instrumento de medida de dos terminales, una de color rojo y otra de color negro, que mide el voltaje o diferencia de potencial entre las terminales del elemento. Usaremos el símbolo que se muestra en la figura 1.10 para representar un voltímetro.
Figura 1.10: Símbolo del voltímetro. Se observan las terminales roja y negra.
El voltímetro se debe conectar en paralelo5 con el elemento de circuito donde se desea medir el voltaje o diferencia de potencial. Al igual que en el amperímetro, los colores de las terminales son tomados en cuenta para obtener el sentido del voltaje a través del elemento. Por ejemplo, considere el circuito de la figura 1.11(a), el cual está compuesto por una fuente de voltaje de valor VF y tres elementos. Si se desea determinar el voltaje a través del elemento 2, se debe conectar el voltímetro en paralelo con el elemento 2, tal como se muestra en la figura 1.11(b). De acuerdo con la conexión mostrada, si la deflexión de la aguja es hacia la izquierda o si el valor mostrado en la pantalla del voltímetro digital es negativo, entonces la terminal inferior del elemento 2 tiene un potencial eléctrico mayor que la terminal superior, lo que quiere decir que hay una caída de tensión de la terminal inferior a la superior en el elemento 2.
Figura 1.11: Utilización del voltímetro para medir el voltaje entre las terminales de un elemento. En (a), el circuito eléctrico y en (b) la conexión del voltímetro para medir el voltaje del elemento 2.
Dado que el voltímetro tiene una resistencia interna muy grande (R → ∞ Ω), la corriente que circula a través de sus terminales es muy pequeña y se puede despreciar; por lo tanto el instrumento suele verse como un circuito abierto en el circuito y no afecta, o afecta muy poco, el voltaje a medir, cuando se conecta en un circuito eléctrico.
Existen modelos de voltímetros para medir voltaje continuo y voltaje alterno. Estos instrumentos también vienen calibrados en diferentes escalas con el fin de obtener una mayor precisión. Al igual que el amperímetro, la integridad del voltímetro se ve afectada si el voltaje a medir es muy superior al rango de medida seleccionado en el voltímetro.
Un óhmetro u ohmímetro es un instrumento que mide la resistencia eléctrica. Usaremos el símbolo que se muestra en la figura 1.12 para representarlo. Aunque el óhmetro suele tener un cable rojo y uno negro, la medida obtenida por el instrumento siempre es positiva debido a que no existe una resistencia negativa. En consecuencia, no es relevante el color de las puntas del instrumento a la hora de conectarlo