tema 2: COMPONENTS PASSIUS:
▪ RESISTÈNCIES, CONDENSADORS I INDUCTÀNCIES ▪ ASSOCIACIÓ DE COMPONENTS
armaduresdielèctric
Gruix del dielèctric (d)
m
Àrea (A)m2
Electrònica Bàsica
Manuel I. Bielsa - Enric Torres curs 2002-03
TECNOLOGIA E.S.O
TEMA 2
1.- Relacions entre I, V, R
2.- Relacions entre P, V, I i R
3.- Mesura de la Potència: connexió del vatímetre
4.- Resistències: associacions i caracteristiques
5.- Condensadors: associacions i caracteristiques
6.- Inductàncies: associacions i caracteristiques
1.- Relacions entre I, V, R
2.- Relacions entre P, V, I i R
3.- Mesura de la Potència: connexió del vatímetre
4.- Resistències: associacions i caracteristiques
5.- Condensadors: associacions i caracteristiques
6.- Inductàncies: associacions i caracteristiques
1/tema 21/tema 2
1. Relacions entre I, V, R
2/tema 22/tema 2 Font d’alimentació regulable
I
A
V
Relació entre I – R amb una V = cte
R
I
Relació entre I – V amb una R = cte
V
I
Relació entre V – R amb una I = cte R
V
• Llei d’Ohm VI = ------- R
VI = ------- R
NOTA: al llarg d’aquest tema 2 s’analitzaràn els diversos components i circuits electrònics bàsics, sols des del punt de vista del comportament en CORRENT CONTINUA.
3/tema 23/tema 2
2. Relacions entre P, V, I i R
I
P
Relació entre P – I amb una R = cte
P=V2 / R
Relació entre P – R amb una V = cteR
P
P=V2 / R
R
P
Relació entre P – R amb una I = cte
P=I2 . R
• Potència elèctrica
V2
P = I . V = ------- = I2 · R R
V2
P = I . V = ------- = I2 · R R
4/tema 24/tema 2
3. Mesura de la Potència: connexió del vatimetre
Wa) SIMBOLa) SIMBOL
b) CONNEXIONATb) CONNEXIONAT
Tensió d’Entrada al Receptor
Circuit amperimètric
Circuit voltimètric
4. Resistències: associacions i característiques
5/tema 25/tema 2
R1 R3R2
R1
R2
R3
R1 R3R2
R4
R5
R6
I t = I1 = I2 = I3
Vt = V1 + V2 + V3
Rt = R1 + R2 + R3
I t = I1 = I2 = I3
Vt = V1 + V2 + V3
Rt = R1 + R2 + R3
a) SÈRIEa) SÈRIE
b) PARAL·LELb) PARAL·LEL
c) MIXTEc) MIXTE
I t = I1 + I2 + I3
Vt = V1 = V2 = V3
1 1 1 1 ------- = ------- + ------ + ------- Rt R1 R2 R3
I t = I1 + I2 + I3
Vt = V1 = V2 = V3
1 1 1 1 ------- = ------- + ------ + ------- Rt R1 R2 R3
d) Altres muntatgesd) Altres muntatges
V
R3R1
R2 R4
6/tema 26/tema 2
Resolució per: Kirchhoff, Norton o Thévenin
KIRCHHOFF:1ª Llei o de les corrents: i=n
Ii = 0 i=1
2ª Llei o de les tensions: i=n i=n
Vi = Ri · Ii
i=1 i=1
KIRCHHOFF:1ª Llei o de les corrents: i=n
Ii = 0 i=1
2ª Llei o de les tensions: i=n i=n
Vi = Ri · Ii
i=1 i=1
e) Mallese) Malles
V2V1
R1 R2
R3
A
B
• Tipus de resistències• fixes: aglomerades, pel·licula de carbó, pel·licula metàl·lica, bobinades• variables: pel·licula de carbó, bobinades• dependents de: llum (LDR) temperatura (NTC, PTC) tensió (VDR)
• Còdig de colors
A B C D (X ) TOL.
0 NEGRE 0 NEGRE 0 NEGRE X 1 NEGRE 1% MARRÓ
1 MARRÓ 1 MARRÓ 1 MARRÓ X 10 MARRÓ 2% ROIG
2 ROIG 2 ROIG 2 ROIG X 100 ROIG 5% OR
3 TARONJA 3 TARONJA 3 TARONJA X 1K
TARONJA
10% ARGENT
4 GROC 4 GROC 4 GROC X 10K GROC
5 VERD 5 VERD 5 VERD X 100K
VERD
6 BLAU 6 BLAU 6 BLAU X 1M BLAU
7 LILA 7 LILA
8 GRIS 8 GRIS
9 BLANC 9 BLANC X 0,1 OR
B C D Tol
Resitència de pel·licula de carbó
B C D Tol
Resitències de pel·licula metàl·lica
A B C D Tol
7/tema 27/tema 2
8/tema 28/tema 2
5. Condensadors: associacions i característiques
Condensador sense polaritat
Condensador amb polaritat(electrolític)
C
• Simbols
• Unitat de mesura de la Capacitat (C)
Faradi = F miliFaradi = mF = 10-3 FmicroFaradi = μF = 10-6 F nanoFaradi = nF = 10-9 F picoFaradi = pF = 10-12 F
Faradi = F miliFaradi = mF = 10-3 FmicroFaradi = μF = 10-6 F nanoFaradi = nF = 10-9 F picoFaradi = pF = 10-12 F
Carmadures
dielèctric
Espesor del dielèctric (d)
m
Àrea (A)m2
• Eqüacions
QC = ------- V
QC = ------- V
A
C = ε ------- d
A
C = ε ------- d
Q = i . tQ = i . t
ε = cte dielèctrica o permitivitat
ε0 = permitivitat en el buit
C2
ε0 = -------------------- = 8,85.10-12 F/m 4.π.9.109 N.m2
εεr = -------- (permitivitat relativa segons materials)
ε0
A = àrea de les armadures (m2)d = espesor del dielèctric (m)
ε = cte dielèctrica o permitivitat
ε0 = permitivitat en el buit
C2
ε0 = -------------------- = 8,85.10-12 F/m 4.π.9.109 N.m2
εεr = -------- (permitivitat relativa segons materials)
ε0
A = àrea de les armadures (m2)d = espesor del dielèctric (m)
9/tema 29/tema 2
10/tema 210/tema 2
• Associacions i característiques
C1 C3C2
C1
C3
C2
Vt = V1 = V2 = V3
Ct = C1 + C2 + C3
Vt = V1 = V2 = V3
Ct = C1 + C2 + C3
Vt = V1 + V2 + V3
1 1 1 1 ------- = ------- + ------ + ------- Ct C1 C2 C3
Vt = V1 + V2 + V3
1 1 1 1 ------- = ------- + ------ + ------- Ct C1 C2 C3
a) SÈRIEa) SÈRIE
b) PARAL·LELb) PARAL·LEL
11/tema 211/tema 2
• Procés de càrrega i descàrrega
Corves del CONDENSADOR C car – CdescCorves del CONDENSADOR C car – Cdesc
Circuit elèctric experimental
Procés de càrrega
Procés de descàrrega q = Q0 · e –t/R·C q = Q0 · e –t/R·C
AV
P
C
R
V
Vb
Va
q = Q·(1- e –t/R·C)q = Q·(1- e –t/R·C)
Q = C·(Va - Vb) Q = C·(Va - Vb)
t
Q
ζ = R · CCte de temps
VC
Vdesc
ζ = 5·R · Cen la pràcticaζ = 5·R · Cen la pràctica
Q/e
q = desplaçament de la càrrega o particul·la des d’una borna a l’altra del circuit
Q = C·V quantitat de càrrega (q)
q = desplaçament de la càrrega o particul·la des d’una borna a l’altra del circuit
Q = C·V quantitat de càrrega (q)
1 1 ----- = --------- = 0,367 36,7% e 2,718
• Còdig de colors
A B C D (X pF) TOL.
0 NEGRE 0 NEGRE 0 NEGRE X1 NEGRE 20%
NEGRE
1 MARRÓ 1 MARRÓ 1 MARRÓ 10%
BLANC
2 ROIG 2 ROIG 2 ROIG 5%
VERD
3 TARONJA 3 TARONJA 3 TARONJA 2 %
ROIG
4 GROC 4 GROC 4 GROC 1 %
MARRÓ
5 VERD 5 VERD 5 VERD 1 pF
BLANC
6 BLAU 6 BLAU 6 BLAU 0,5 pF
VERD
7 LILA 7 LILA 0,25 pF
ROIG
8 GRIS 8 GRIS X 0,O1
GRIS
0,01 pF
MARRÓ
9 BLANC 9 BLANC X 0,1
BLANC
B C D Tol
Condensadors Pin-Up
Coef.Tª B C D Tol
Condensadors Ceràmics Classe I
Condensadors Ceràmics Classe II
B C D Tol
C > 10 pF C > 10 pF
C < 10 pF C < 10 pF
12/tema 212/tema 2
NTCD C B
VDRA B C
Condensadors planols
B C D Tol B C D Tol Vcc
Vcc Colors:
100 VERD
250 ROIG
400 GROC
630 BLAU
13/tema 213/tema 2
6. Inductàncies: associacions i característiques
• Una INDUCTÀNCIA (L) és un element de circuit que s’oposa a les variacions de la corrent. En realitat, l’Inductància tendeix a impedir que la corrent augmente o disminueixca; per això la seua influència se manifesta com una especie d’inercia.• L’Inductància és un fenòmen que tendeix a impedir que se produeixca una corrent quan s’aplica una f.e.m i al contrari, emmagatzena aquesta energia i la torna al circuit per a conservar la corrent produida, en el moment en que cese la corrent de la font. Emmagatzena energia en forma de camp magnètic.
• Una INDUCTÀNCIA (L) és un element de circuit que s’oposa a les variacions de la corrent. En realitat, l’Inductància tendeix a impedir que la corrent augmente o disminueixca; per això la seua influència se manifesta com una especie d’inercia.• L’Inductància és un fenòmen que tendeix a impedir que se produeixca una corrent quan s’aplica una f.e.m i al contrari, emmagatzena aquesta energia i la torna al circuit per a conservar la corrent produida, en el moment en que cese la corrent de la font. Emmagatzena energia en forma de camp magnètic.
• Simbols
Inductàncies sense nucli Inductància amb nucli de Fe
L L L
• Definició
• Una Inductància reacciona solament davant variacions de corrent alterna o corrent continua polsatòria, i no així davant d’una corrent continua constant. Per altra banda, la pròpia reacció varia al variar la freqüència.• L’oposició que l’inductància ofereix a la corrent es denomina REACTÀNCIA INDUCTIVA (XL) i es mesura en ohms ( Ω ). • La Reactància Inductiva XL fa que la corrent se retra-se ¼ de cicle (90º) respecte de la tensió.• La Unitat de mesura de l’Inductància és el HENRIO (H), però en els circuits electrònics s’emplea el mH.• S’ha convenit que un circuit té una inductància d’ 1 HENRIO quan una variació de corrent d’ 1 amperi ocasiona en el circuit una inducció de f.e.m oposada per valor d’ 1 volt .• El valor d’Inductància d’una bobina augmenta a l’augmentar el diàmetre de l’arrollamiento o el nombre d’espires.• L’ús d’un metall magnètic (Fe) com a nucli d’una bobina augmenta la seua inductància. Algunes bobines se construeixen amb nucli mòbil, de manera que l’inductància puga variar-se.
• Una Inductància reacciona solament davant variacions de corrent alterna o corrent continua polsatòria, i no així davant d’una corrent continua constant. Per altra banda, la pròpia reacció varia al variar la freqüència.• L’oposició que l’inductància ofereix a la corrent es denomina REACTÀNCIA INDUCTIVA (XL) i es mesura en ohms ( Ω ). • La Reactància Inductiva XL fa que la corrent se retra-se ¼ de cicle (90º) respecte de la tensió.• La Unitat de mesura de l’Inductància és el HENRIO (H), però en els circuits electrònics s’emplea el mH.• S’ha convenit que un circuit té una inductància d’ 1 HENRIO quan una variació de corrent d’ 1 amperi ocasiona en el circuit una inducció de f.e.m oposada per valor d’ 1 volt .• El valor d’Inductància d’una bobina augmenta a l’augmentar el diàmetre de l’arrollamiento o el nombre d’espires.• L’ús d’un metall magnètic (Fe) com a nucli d’una bobina augmenta la seua inductància. Algunes bobines se construeixen amb nucli mòbil, de manera que l’inductància puga variar-se.
• Conceptes
dIL = ------
dt
dIL = ------
dt
14/tema 214/tema 2
ζ = 5·(L / R)en la pràctica
ζ = 5·(L / R)en la pràctica
ζ = L / RCte de temps
Circuit elèctric experimental
AVP
R
E
L
1
2
E1E2
segons Kirchhoff: ΣE = Σ R·I dI E - L----- = R·I dtquan el commutador està en (1): E I = ------ · (1- e –(R/L)·t) R quan el commutador està en (2): dI - L----- = R·I dt
E I = ------ · e[(-R/L)·t]
R
segons Kirchhoff: ΣE = Σ R·I dI E - L----- = R·I dtquan el commutador està en (1): E I = ------ · (1- e –(R/L)·t) R quan el commutador està en (2): dI - L----- = R·I dt
E I = ------ · e[(-R/L)·t]
R
E / R
1 E (1- -----)· ----- e R
1 E ----- · ----- e R
Corves de l’INDUCTÀNCIA L car – LdescCorves de l’INDUCTÀNCIA L car – Ldesc
t
I1
2
1 1 ----- = --------- = 0,367 36,7% e 2,718
• Eqüacions
K·μ·s·N2 L = ------------- 108 · l
K·μ·s·N2 L = ------------- 108 · l
L = Inductància (mH, H)
K =4,44 (quan s=cm2 i l=cm) μ = permeabilitat del circuit magnètic
s = superficie de la secció transversal del nucli
N= nombre d’espires
l = longitud de la bobina (cm)
L = Inductància (mH, H)
K =4,44 (quan s=cm2 i l=cm) μ = permeabilitat del circuit magnètic
s = superficie de la secció transversal del nucli
N= nombre d’espires
l = longitud de la bobina (cm)
• El valor de l’augment de la corrent en la gràfica anterior, dependirà de la relació L : R• Si L és gran i R xicoteta, la corrent augmenta lentament i viceversa.
• Aquesta relació es denomina constant de temps ζ i correspón al temps (seg.) necessari per a que la corrent arribe al 63,2% del seu valor màxim.
• El valor de l’augment de la corrent en la gràfica anterior, dependirà de la relació L : R• Si L és gran i R xicoteta, la corrent augmenta lentament i viceversa.
• Aquesta relació es denomina constant de temps ζ i correspón al temps (seg.) necessari per a que la corrent arribe al 63,2% del seu valor màxim.
ζ = L / Rζ = L / R ζ = Constant de temps (seg.)
L = Inductància (H)
R = Resistència (Ω)
ζ = Constant de temps (seg.)
L = Inductància (H)
R = Resistència (Ω)
15/tema 215/tema 2
• Fluix magnètic (Φ)
• Inducció magnètica (β)
• Força magnetomotriu (Fmm)
• El FLUIX MAGNÈTIC (Φ) és equivalent a l’intensitat de corrent en un circuit elèctric. Però hi ha una diferència, el Fluix Magnètic no és degut a cap desplaçament de particul·les.• El Fluix Magnètic és el nombre total de linies que constitueixen el camp magnètic generat per un inductor.• Unitat de mesura:
1 Maxwell = 10-8 Weber (wb)
• El FLUIX MAGNÈTIC (Φ) és equivalent a l’intensitat de corrent en un circuit elèctric. Però hi ha una diferència, el Fluix Magnètic no és degut a cap desplaçament de particul·les.• El Fluix Magnètic és el nombre total de linies que constitueixen el camp magnètic generat per un inductor.• Unitat de mesura:
1 Maxwell = 10-8 Weber (wb)
• L’INDUCCIÓ MAGNÈTICA (β) és la densitat de fluix, es a dir; la quantitat de linies de camp magnètic per unitat de superficie.• Eqüació i Unitat de mesura:
Φ β = -------- [ weber/m2 ] o [ maxwell/cm2 = gauss ] S
• L’INDUCCIÓ MAGNÈTICA (β) és la densitat de fluix, es a dir; la quantitat de linies de camp magnètic per unitat de superficie.• Eqüació i Unitat de mesura:
Φ β = -------- [ weber/m2 ] o [ maxwell/cm2 = gauss ] S
• La FORÇA MAGNETOMOTRIU (Fmm) és equivalent a la F.e.m d’un circuit elèctric. • La Fmm és la causa per la que es manté el Fluix en el circuit magnètic i es manifesta quan per un bobinat de N espires circula una corrent elèctrica I. • Eqüació i Unitat de mesura:
Fmm = N · I [ amperi · volta = A-v ]
• La FORÇA MAGNETOMOTRIU (Fmm) és equivalent a la F.e.m d’un circuit elèctric. • La Fmm és la causa per la que es manté el Fluix en el circuit magnètic i es manifesta quan per un bobinat de N espires circula una corrent elèctrica I. • Eqüació i Unitat de mesura:
Fmm = N · I [ amperi · volta = A-v ]
16/tema 216/tema 2
• Permeabilitat (μ)
• La PERMEABILITAT MAGNÈTICA (μ) és una magnitud anàloga a la resistivitat dels conductors elèctrics i també presenta una certa similitud amb la constant dielèctrica dels condensadors. • La Permeabilitat ens dóna idea de la capacitat d’imantació dels materials, es a dir, la capacitat per a permitir el pas –deixar passar- de les linies d’un camp magnètic.• Eqüació i Unitat de mesura:
μ (de gran valor) = és un material denominat ferromagnètic
μ (de l’aire) = mal conductor del camp magnètic [12,57 ·10 -7 weber / (A-v·m]
• La PERMEABILITAT MAGNÈTICA (μ) és una magnitud anàloga a la resistivitat dels conductors elèctrics i també presenta una certa similitud amb la constant dielèctrica dels condensadors. • La Permeabilitat ens dóna idea de la capacitat d’imantació dels materials, es a dir, la capacitat per a permitir el pas –deixar passar- de les linies d’un camp magnètic.• Eqüació i Unitat de mesura:
μ (de gran valor) = és un material denominat ferromagnètic
μ (de l’aire) = mal conductor del camp magnètic [12,57 ·10 -7 weber / (A-v·m]
a) Camp magnètic en el buit b) Camp magnètic després d’introduir un cos DIAMAGNÈTIC
c) Camp magnètic després d’introduir un cos PARAMAGNÈTIC
d) Camp magnètic després d’introduir un cos FERROMAGNÈTIC
e) Camp magnètic d’un cos FERROMAGNÈTIC després d’haver retirat el camp inductor
17/tema 217/tema 2
• Reluctància magnètica ( R m)
• Energia emmagatzenada per una L
18/tema 218/tema 2
Lamb nucli
de Fe
E
LE
• La RELUCTÀNCIA MAGNÈTICA ( R m) és la dificultat que ofereix el circuit magnètic al pas del fluix. • El seu valor dependeix de les dimensions fisiques del cuit i del tipus de material utilitzat.
• Eqüació i Unitat de mesura:
Rm = ---------- (A-v / weber) μ · S
• La RELUCTÀNCIA MAGNÈTICA ( R m) és la dificultat que ofereix el circuit magnètic al pas del fluix. • El seu valor dependeix de les dimensions fisiques del cuit i del tipus de material utilitzat.
• Eqüació i Unitat de mesura:
Rm = ---------- (A-v / weber) μ · S
• Anàlogament als condensadors, l’energia consumida per una autoinducció és nula, però durant el periòde transitòri consumeix una certa quantitat que emplea en crear el camp magnètic.• Eqüació: 1 W = ------ · L·I2
2
• Anàlogament als condensadors, l’energia consumida per una autoinducció és nula, però durant el periòde transitòri consumeix una certa quantitat que emplea en crear el camp magnètic.• Eqüació: 1 W = ------ · L·I2
2
• Llei de Hopkinson
• Intensitat de camp magnètic (Η)
• Si la Llei d’Ohm és aplicable als circuits elèctrics, la LLEI de HOPKINSON estableix la relació entre les magnituds del circuit magnètic, es a dir: el FLUIX, la Fmm, i la RELUCTÀNCIA.
• Eqüació: Fmm
Φ = ----------- R m
• Si la Llei d’Ohm és aplicable als circuits elèctrics, la LLEI de HOPKINSON estableix la relació entre les magnituds del circuit magnètic, es a dir: el FLUIX, la Fmm, i la RELUCTÀNCIA.
• Eqüació: Fmm
Φ = ----------- R m
19/tema 219/tema 2
• Si la Llei d’Ohm és aplicable als circuits elèctrics, la LLEI de HOPKINSON estableix la relació entre les magnituds del circuit magnètic, es a dir: el FLUIX, la Fmm, i la RELUCTÀNCIA.
• Eqüació: Fmm N · I N · I · μ N · I
Φ = ----------- = ------------ ; β = ------------- N · I ; Η = -----------
Rm / μ·S
• Si la Llei d’Ohm és aplicable als circuits elèctrics, la LLEI de HOPKINSON estableix la relació entre les magnituds del circuit magnètic, es a dir: el FLUIX, la Fmm, i la RELUCTÀNCIA.
• Eqüació: Fmm N · I N · I · μ N · I
Φ = ----------- = ------------ ; β = ------------- N · I ; Η = -----------
Rm / μ·S
20/tema 220/tema 2
• Associacions i característiques
1 1 1 1------ = ------ + ------- + -------
Lt L1 L2 L3
1 1 1 1------ = ------ + ------- + -------
Lt L1 L2 L3
Lt = L1 + L2 + L3 Lt = L1 + L2 + L3
a) SÈRIEa) SÈRIE
b) PARAL·LELb) PARAL·LEL
L1 L3L2
L1
L3
L2
21/tema 221/tema 2
• Tipologia d’Inductàncies: aplicacions
Mostres de diferents Inductàncies Relé de dos circuits
Timbre elèctricElectroiman escolar
Carregador de bateries
Reactància per a tub fluorescent
Inductància amb nucli de Fe
Bobina de: fil de Cu, Ø=0,4 mm, L=10 mH, n=126 espires,Ø nucli=7mm,long. nucli=100mm
Soport de fusta i bornas de connexió
Inductància integrada en forma de làmina extraplana
22/tema 222/tema 2
Bobina i nucli d’un soldador elèctric
Bobines estatòriques d’un motor elèctric pas a pas
23/tema 223/tema 2
Tipus de nuclis per a electroimans, transformadors, etc.
Observar la proporció entre un nespre i un nucli de Fe d’un TRF
Nucli toroidal d’un TRF
24/tema 224/tema 2
25/tema 225/tema 2
On es troben habitualment les inductàncies, bobines, transformadors, etc.?
26/tema 226/tema 2
Top Related