Читать книгу Electrónica para makers - Паоло Аливерти - Страница 16

Ahora que ya sabemos los conceptos fundamentales de corriente y tensión, vamos a intentar ponerlos en práctica estudiando un simple circuito compuesto por un resistor, un led y una batería de 9 voltios. Más adelante trataremos estos componentes. De momento, necesitamos saber que:

• el resistor es un componente que reduce la corriente que circula en un circuito;

• el resistor obstaculiza el paso de la corriente, así como un tubo con una constricción obstaculiza el paso del agua;

• un led es una especie de lámpara;

• el led tiene polaridad, por lo que, si lo conectamos al revés, no se encenderá;

• el led se alimenta con una tensión de unos 2 voltios y una corriente entre los 10 y los 20 mA;

• si no respetamos los valores de tensión y corriente para el led, corremos el riesgo de dañarlo.

Figura 1.23 – El esquema del sencillo circuito que queremos calcular.

La pregunta que muchos se hacen cuando tienen un led entre las manos es: “¿Qué resistencia le pongo para no quemarlo?”.

Seguidamente, veamos cómo calcular la resistencia adecuada utilizando la ley de Ohm y algunas observaciones sencillas. Si conectáramos directamente el led a la batería de 9 voltios, este se encendería un instante y, después, se quemaría. El led necesita unos 2 voltios y nosotros lo hemos conectado a una batería de 9 voltios: ¡demasiados! Para encender correctamente el led, necesitamos una resistencia que hará que sobre el componente se produzca una caída de tensión de 2 voltios. Para nuestro experimento utilizaremos una batería de 9 voltios con un clip. La batería debe poder proporcionar al menos 10 miliamperios, si no el led no se encenderá, aunque esto no supone ningún problema porque una batería de 9 voltios puede proporcionar corrientes mucho mayores.

Ya hemos visto que el voltaje se puede comparar con la altura de una cascada por la que cae agua. Podemos imaginarnos la batería de 9 voltios como una cascada de 9 metros de altura y el led, como la rueda de un molino de dos metros de diámetro: se necesitará como máximo una cascada de dos metros de altura. Si situáramos el molino debajo de la cascada de 9 metros, lo destruiríamos. La resistencia sirve en este caso para romper la caída del agua de la cascada desde los 9 metros de altura. Por lo tanto, sobre la resistencia habrá una cascada de siete metros de altura.

Ahora, debemos sustituir las cascadas por las tensiones que podemos representar con flechas: por una parte, tenemos la flecha roja con los 9 voltios de la batería, juntamente con las flechas azules de los usuarios, es decir, de la resistencia y el led. Como hemos visto, la suma de las tensiones a lo largo del anillo siempre debe ser igual a cero (Kirchhoff).

Figura 1.24 – Las tensiones están dibujadas como cascadas de agua: para no dañar el led, debemos romper la caída del agua.

En términos de voltaje, podemos observar que:

• la batería proporciona 9 voltios;

• el led necesita como máximo 2 voltios;

• la resistencia sirve para romper el voltaje y adaptarlo al led;

• la resistencia puede soportar una tensión de 7 voltios sin dañarse.

Probemos a sumar las tensiones. Las tensiones pueden tener signo positivo o negativo, nosotros decidimos la regla. Podemos decir que, si recorremos el anillo en sentido horario, las tensiones que concuerdan con la rotación tienen el signo + y las que son distintas tienen el signo -.

Que podemos rescribir así:

Ahora que conocemos algunos de los valores, los podemos sustituir en la fórmula:

El resultado es igual a la tensión que queremos encontrar en los extremos de la resistencia. Ahora calculamos la corriente: en el circuito deben circular 20 mA, porque son los que necesita el led. La batería puede proporcionar cientos de miliamperios, pero el led y la resistencia crearán unas condiciones según las cuales solo circule la corriente necesaria. Seguidamente centrémonos en la resistencia: tenemos 7 voltios en sus extremos y la atraviesa una corriente de 20 mA.

La ley de Ohm, que relaciona los valores de tensión, corriente y resistencia, se escribe así:

donde V indica la tensión, I la corriente y R la resistencia. También se puede escribir de las siguientes formas:

Para calcular la resistencia para nuestro circuito, insertamos los valores en la fórmula:

La resistencia correcta tiene un valor de 350 Ω. En el mercado no existen resistencias de 350 Ω porque se fabrican solo con unos valores determinados. El valor de resistencia que se acerca más es 390 Ω.

Ahora vamos a calcular la potencia consumida por la resistencia. Hemos visto que la potencia es igual a la tensión por la corriente:

La ley de Ohm dice que:

Por lo que la potencia puede escribirse como sigue:

Si sustituimos en la fórmula los valores que conocemos:

En el mercado existen distintos modelos de resistencia capaces de soportar diferentes potencias. En este caso, bastará una resistencia común de 1/4 de vatio, es decir, de 0,25 vatios. Si hubiéramos elegido una resistencia de potencia inferior, habríamos podido sufrir un sobrecalentamiento del componente... ¡o incluso podría haberse quemado!