Volver a dibujar esquemas complejos

Por lo general, los circuitos complejos no se organizan en diagramas esquemáticos limpios, prolijos y agradables para que los sigamos. A menudo se dibujan de tal manera que dificulta seguir qué componentes están en serie y cuáles están en paralelo entre sí. El propósito de esta sección es mostrarle un método útil para volver a dibujar esquemas de circuitos de manera ordenada y ordenada. Al igual que la estrategia de reducción de etapas para resolver circuitos de combinación serie-paralelo, es un método más fácil de demostrar que de describir.

Análisis y simplificación de un diagrama de circuito complejo

Comencemos con el siguiente diagrama de circuito (complicado). Quizás este diagrama fue originalmente dibujado de esta manera por un técnico o ingeniero. Quizás fue esbozado cuando alguien trazó los cables y las conexiones de un circuito real. En cualquier caso, aquí está en toda su fealdad:

Con los circuitos eléctricos y los diagramas de circuitos, la longitud y el enrutamiento de los componentes de conexión de cables en un circuito importan poco. (En realidad, en algunos circuitos de CA se vuelve crítico, y las longitudes de cable muy largas pueden contribuir a una resistencia no deseada tanto a los circuitos de CA como a los de CC, pero en la mayoría de los casos la longitud del cable es irrelevante). Lo que esto significa para nosotros es que podemos alargar, encoger, y / o doblar los cables de conexión sin afectar el funcionamiento de nuestro circuito.

La estrategia que he encontrado más fácil de aplicar es comenzar rastreando la corriente desde un terminal de la batería hasta el otro terminal, siguiendo el bucle de componentes más cercano a la batería e ignorando todos los demás cables y componentes por el momento. Mientras rastrea la ruta del bucle, marque cada resistor con la polaridad adecuada para la caída de voltaje.

En este caso, comenzaré mi rastreo de este circuito en el terminal positivo de la batería y terminaré en el terminal negativo, en la misma dirección general en la que fluiría la corriente. Al rastrear esta dirección, marcaré cada resistencia con polaridad positiva en el lado de entrada y polaridad negativa en el lado de salida, porque así es como la polaridad real será cuando la corriente (según el modelo de flujo convencional) entre y salga de una resistencia. :

Cualquier componente que se encuentre a lo largo de este circuito corto se dibuja verticalmente en orden:

Ahora, proceda a rastrear cualquier bucle de componentes conectados alrededor de los componentes que se acaban de rastrear. En este caso, hay un bucle alrededor de R ₁ formado por R ₂ y otro bucle alrededor de R ₃ formado por R ₄ :

Rastreando esos bucles, dibujo R ₂ y R ₄ en paralelo con R ₁ y R ₃ (respectivamente) en el diagrama vertical. Observando la polaridad de las caídas de voltaje en R ₃ y R ₁ , Marco R ₄ y R ₂ igualmente:

Ahora tenemos un circuito que se comprende y analiza muy fácilmente. En este caso, es idéntica a la configuración en serie-paralelo de cuatro resistencias que examinamos anteriormente en este capítulo.

Otro ejemplo de simplificación de circuitos complejos

Veamos otro ejemplo, incluso más feo que el anterior:

El primer bucle que rastrearé es desde el lado negativo (-) de la batería, a través de R ₆ , a través de R ₁ y de vuelta al extremo positivo (+) de la batería:

Al volver a dibujar verticalmente y realizar un seguimiento de las polaridades de la caída de voltaje a lo largo del camino, nuestro circuito equivalente comienza con el siguiente aspecto:

A continuación, podemos proceder a seguir el siguiente bucle alrededor de una de las resistencias rastreadas (R ₆ ), en este caso, el bucle formado por R ₅ y R ₇ . Como antes, comenzamos en el extremo positivo de R ₆ y proceda al extremo negativo de R ₆ , marcando las polaridades de caída de voltaje en R ₅ y R ₇ a medida que avanzamos:

Ahora agregamos el R ₅ —R ₇ bucle al dibujo vertical. Observe cómo las polaridades de la caída de voltaje en R ₇ y R ₅ corresponden con el de R ₆ y en qué se parece a lo que encontramos al rastrear R ₇ y R ₅ en el circuito original:

Repetimos el proceso nuevamente, identificando y trazando otro bucle alrededor de una resistencia ya rastreada. En este caso, el R ₃ —R ₄ circular alrededor de R ₅ parece un buen bucle para rastrear a continuación:

Agregar el R ₃ —R ₄ bucle al dibujo vertical, marcando también las polaridades correctas:

Con solo una resistencia restante por rastrear, el siguiente paso es obvio:rastrear el bucle formado por R ₂ alrededor de R ₃ :

Agregar R ₂ al dibujo vertical, ¡y hemos terminado! El resultado es un diagrama que es muy fácil de entender en comparación con el original:

Este diseño simplificado facilita enormemente la tarea de determinar dónde comenzar y cómo proceder para reducir el circuito a una única resistencia equivalente (total). Observe cómo se ha vuelto a dibujar el circuito, todo lo que tenemos que hacer es comenzar desde el lado derecho y avanzar hacia la izquierda, reduciendo las combinaciones de resistencias en serie simple y en paralelo simple, un grupo a la vez, hasta que terminemos.

En este caso particular, comenzaríamos con la combinación paralela simple de R ₂ y R ₃ , reduciéndolo a una sola resistencia. Entonces, tomaríamos esa resistencia equivalente (R ₂ // R ₃ ) y el que está en serie con él (R ₄ ), reduciéndolos a otra resistencia equivalente (R ₂ // R ₃ —R ₄ ). A continuación, procederíamos a calcular el equivalente en paralelo de esa resistencia (R ₂ // R ₃ —R ₄ ) con R ₅ , luego en serie con R ₇ , luego en paralelo con R ₆ , luego en serie con R ₁ para darnos una gran resistencia total para el circuito en su conjunto.

A partir de ahí, podríamos calcular la corriente total a partir del voltaje total y la resistencia total (I =E / R), luego "expandir" el circuito a su forma original una etapa a la vez, distribuyendo los valores apropiados de voltaje y corriente a las resistencias como vamos.

REVISAR:

• Los cables en diagramas y en circuitos reales se pueden alargar, acortar y / o mover sin afectar el funcionamiento del circuito.
• Para simplificar un esquema de circuito complicado, siga estos pasos:
• Rastree la corriente de un lado de la batería al otro, siguiendo un camino único ("bucle") hacia la batería. A veces funciona mejor comenzar con el ciclo que contiene la mayoría de los componentes, pero independientemente de la ruta tomada, el resultado será preciso. Marque la polaridad de las caídas de voltaje en cada resistencia a medida que traza el bucle. Dibuja los componentes que encuentres a lo largo de este bucle en un esquema vertical.
• Marque los componentes rastreados en el diagrama original y rastree los bucles restantes de los componentes en el circuito. Utilice marcas de polaridad en los componentes trazados como guías para saber qué se conecta y dónde. Documente también los nuevos componentes en bucles en el esquema de rediseño vertical.
• Repita el último paso tantas veces como sea necesario hasta que se hayan rastreado todos los componentes del diagrama original.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de sustitución algebraica de circuitos eléctricos
• Hoja de trabajo de circuitos de CC en serie-paralelo