Divisor de corriente

PIEZAS Y MATERIALES

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

REFERENCIAS CRUZADAS

Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 1, capítulo 6:"Circuitos divisores y leyes de Kirchhoff"

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

• Para ilustrar cómo usar el voltímetro
• Para ilustrar cómo usar el amperímetro
• Para ilustrar cómo usar el ohmímetro
• Para ilustrar cómo utilizar la ley de Ohm
• Para ilustrar cómo utilizar la ley actual de Kirchhoff (KCL)
• Para ilustrar cómo utilizar el diseño de divisor actual

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

ILUSTRACIÓN

Normalmente, se considera incorrecto asegurar más de dos cables debajo de un solo tornillo de regleta de terminales.

En esta ilustración, muestro tres cables que se unen en el tornillo superior de la orejeta más a la derecha que se usa en esta tira.

Esto se hace para facilitar la prueba de un concepto (de suma actual en un nodo de circuito) y no representa una técnica de montaje profesional.

La naturaleza no profesional del método de construcción de "forma libre" no merece más comentarios.

INSTRUCCIONES

Una vez más, muestro diferentes métodos para construir el mismo circuito:tablero, regleta de terminales y "forma libre".

Experimente con todos estos formatos de construcción y familiarícese con sus respectivas ventajas y desventajas.

Seleccione tres resistencias de su variedad de resistencias y mida la resistencia de cada una con un ohmímetro.

Anote estos valores de resistencia con lápiz y papel, como referencia en los cálculos de su circuito.

Conecte las tres resistencias en paralelo 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 se hayan conectado los resistores, y anote también esta cifra de voltaje en el papel.

Es recomendable medir el voltaje de la batería mientras se 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. ¿Que notaste? En un circuito en serie, corriente es igual en todos los componentes en un momento dado.

En un circuito paralelo, 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 la corriente de cada resistor, teniendo en cuenta tanto la magnitud de la corriente como la polaridad. En estas ilustraciones, muestro un amperímetro que se usa para medir la corriente a través de R ₁ :

Mida la corriente para cada una de las tres resistencias, comparándola con las cifras de corriente calculadas anteriormente.

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 con la sonda negra:

Anote tanto la magnitud como el signo de la corriente como lo indica el amperímetro. Agregue esta cifra (algebraicamente) a las tres corrientes de resistencia.

¿Qué notas sobre el resultado que es similar al experimento de la Ley del Voltaje de Kirchhoff? La ley de la corriente de Kirchhoff es la "suma" de las corrientes en un punto (nodo) de un circuito, al igual que la ley del voltaje de Kirchhoff es la suma de los voltajes en un ciclo en serie:en ambos casos, la suma algebraica es igual a cero.

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

Ahora considere las cuatro medidas de corriente como números positivos:los primeros tres representan la corriente a través de cada resistor y el cuarto representa la corriente total del circuito como una suma positiva de las tres corrientes de "derivación". Cada corriente de resistencia (rama) es una fracción o porcentaje de la corriente total. Esta es la razón por la que un circuito de resistencia en paralelo a menudo se denomina divisor de corriente .

Desconecte la batería del resto del circuito y mida la resistencia a través de las resistencias en paralelo.

Puede leer la resistencia total en cualquier de los terminales de las resistencias individuales y obtienen la misma indicación:será un valor menor que cualquiera de los valores de las resistencias individuales.

Esto suele sorprender a los nuevos estudiantes de electricidad, que lea exactamente la misma cifra de resistencia (total) al conectar un ohmímetro en cualquiera de un conjunto de resistencias conectadas en paralelo.

Sin embargo, tiene sentido si considera los puntos en un circuito paralelo en términos de similitud eléctrica.

Todos los componentes en paralelo están conectados entre dos conjuntos de puntos eléctricamente comunes.

Dado que el medidor no puede distinguir entre puntos comunes entre sí mediante una conexión directa, leer la resistencia a través de una resistencia es leer la resistencia de todos ellos.

Lo mismo ocurre con el voltaje, por lo que el voltaje de la batería se puede leer a través de cualquiera de las resistencias tan fácilmente como se puede leer directamente en los terminales de la batería.

Si divide el voltaje de la batería (medido previamente) por esta cifra de resistencia total, debería obtener una cifra para la corriente total (I =E / R) que coincida 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 es 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 de la corriente total.

SIMULACIÓN DE COMPUTADORA

Esquema con números de nodo SPICE:

Los amperímetros en las simulaciones SPICE son en realidad fuentes de voltaje cero insertadas en las rutas del flujo de electrones.

Notará las fuentes de voltaje V _ir1 , V _ir2 y V _ir3 están configurados a 0 voltios en la lista de conexiones. Cuando los electrones entran por el lado negativo de una de estas baterías "falsas" y salen por el positivo, la indicación de corriente de la batería será un número positivo.

En otras palabras, estas fuentes de 0 voltios deben considerarse amperímetros con la sonda roja en el lado de la línea larga del símbolo de la batería y la sonda negra en el lado de la línea corta.

Netlist (haga un archivo de texto que contenga el siguiente texto, literalmente):

 Divisor de corriente v1 1 0 r1 3 0 2k r2 4 0 3k r3 5 0 5k vitotal 2 1 dc 0 vir1 2 3 dc 0 vir2 2 4 dc 0 vir3 2 5 dc 0 .dc v1 6 6 1 .imprimir dc i (vitotal) i (vir1) i (vir2) i (vir3) .fin 

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 las corrientes para las resistencias R ₁ , R ₂ y R ₃ .

Cuando se agregan algebraicamente, la cifra negativa y las tres cifras positivas formarán una suma de cero, como se describe en la Ley de la corriente de Kirchhoff.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de circuitos divisores de corriente