¿Qué es un circuito en serie? – Definición y ejemplo

Definición

¿Alguna vez se ha preguntado qué hay dentro de su teléfono celular, computadora, televisión u otros dispositivos electrónicos? ¿O cómo los ingenieros eléctricos diseñan y modelan el complejo sistema de energía que suministra electricidad a su hogar? Todos estos sistemas están compuestos por circuitos. Un circuito es el elemento fundamental en cualquier sistema eléctrico o electrónico. Hay dos formas de conectar componentes eléctricos (como resistencias, condensadores e inductores) en un circuito eléctrico: en serie o en paralelo. Las diferencias en estos dos métodos afectan la forma en que fluye la corriente y las diferencias de potencial (o voltaje) entre los componentes.

Conexión en serie

Una disposición en serie de componentes tiene dos características distintivas. En una conexión en serie , la corriente es la misma a través de cada componente independientemente de los componentes que se utilicen o de sus valores. Las caídas de voltaje en cada componente del circuito dependen de los valores de los componentes utilizados en el circuito. Otra forma de ver una conexión en serie es que el extremo positivo de cada componente está conectado al extremo negativo del componente anterior en una disposición “uno tras otro”. El extremo negativo de cada componente también está conectado al extremo positivo del siguiente componente.

Comparemos esto con el flujo de agua a través de las tuberías. Si conectamos tres tuberías de diferentes tamaños, la misma cantidad de agua (como corriente) fluye a través de cada tubería, pero la presión es proporcional al tamaño de la tubería. Las tuberías más pequeñas o más restrictivas son similares a las resistencias con más resistencia. Las tuberías más pequeñas tendrán más presión y los valores de resistencia más grandes tendrán una caída de voltaje mayor. Asimismo, las tuberías más grandes tendrán menos presión, así como los valores de resistencia más pequeños tendrán caídas de voltaje más bajas.

Coneccion paralela

Una disposición paralela de componentes es análoga a la conexión en serie. En una conexión en paralelo , la corriente en cada rama en paralelo depende de los valores de los componentes utilizados en la rama. Sin embargo, el voltaje es el mismo en todos los componentes. En una conexión en paralelo, los extremos positivos están conectados a los extremos positivos y los extremos negativos están conectados a los extremos negativos.

Veamos nuevamente nuestra analogía con el agua y las tuberías. Si conectamos tres tuberías de diferentes tamaños juntas en una configuración paralela, el agua se divide y viaja en tres caminos diferentes. La cantidad de agua que fluye a través de cada camino es proporcional al tamaño de la tubería. El agua y la corriente toman el camino de menor resistencia. Menos agua fluye a través de las tuberías más pequeñas y restrictivas al igual que menos corriente fluye a través de resistencias con valores de resistencia más altos. La presión, o diferencia de potencial, es la misma en cada tubería, al igual que el voltaje es el mismo en todas las resistencias en una conexión en paralelo.

Circuito en serie

Un circuito en serie es aquel en el que todos los componentes están dispuestos en una conexión en serie. Por lo tanto, un circuito en serie tiene la misma corriente en todos los puntos del circuito. Las caídas de voltaje en cada componente del circuito se suman al voltaje de la fuente. Además, todos los componentes del mismo tipo pueden combinarse para dar como resultado un valor equivalente. El circuito consistiría entonces en la fuente de voltaje y un valor de componente equivalente.

Si se utilizan diferentes componentes, cada tipo de componente puede combinarse para formar un equivalente para ese tipo de componente. Esto se conoce comúnmente como circuito RLC en serie . Por ejemplo, si el circuito en serie contiene varios resistores, inductores y condensadores, cada uno de ellos se puede combinar para dar como resultado un circuito que contiene un resistor equivalente, un inductor equivalente y un condensador equivalente.

Un circuito RLC se usa a menudo para modelar un sistema de energía eléctrica porque el sistema de energía consta de una serie de cargas resistivas, inductivas y capacitivas. Para simplificar esto para el análisis y el diseño, los ingenieros eléctricos a menudo lo reducen a un circuito RLC en serie. Si el circuito en serie consta de más de una fuente de voltaje, estas fuentes se pueden sumar para dar como resultado una fuente de voltaje combinada.

Las ventajas de un circuito en serie son que puede controlar la potencia entregada a la salida. Puede ajustar el voltaje de la fuente, agregar fuentes de voltaje y / o ajustar o agregar componentes en serie para lograr el voltaje y la potencia de salida deseados.

Al igual que subir el volumen en un estéreo, lo más probable es que esté cambiando el valor de resistencia de una resistencia variable en el circuito aguas arriba de la salida del altavoz. Si disminuye la resistencia, entonces cae menos voltaje a través de la resistencia y más a través de la salida. Esto resulta en más volumen.

Las desventajas de un circuito en serie es que si falla un componente, todo el circuito queda inoperable. Como en las luces del árbol de Navidad, si todas las luces están conectadas en serie y una luz falla, ninguna de las luces se enciende. Si las luces están conectadas en paralelo y una luz se apaga, las luces restantes permanecen encendidas porque todavía tienen una diferencia de potencial entre ellas y la corriente aún puede fluir en sus ramas.

Circuitos equivalentes

Cuando los resistores y los inductores están conectados en serie, el valor equivalente se encuentra sumando todas las resistencias e inductancias. Por ejemplo, si tres resistencias de valores 10, 100 y 1000 ohmios están conectadas en serie, la resistencia equivalente es 1110 ohmios. Si dos inductores de valores 10 y 100 microHenries están conectados en serie, la inductancia equivalente es 110 microHenries.

Encontrar la capacitancia equivalente de los condensadores conectados en serie es un poco diferente. La capacitancia equivalente se calcula a partir de la fórmula 1 / (1 / C1 + 1 / C2 +… + 1 / CN), donde C1 es el primer capacitor, C2 es el segundo capacitor y CN es el enésimo capacitor del circuito. . Por ejemplo, si el circuito contiene tres capacitores de 0.82, 0.8 y 0.7 microfaradios, la capacitancia equivalente se calcula como:

1 / (1 / 0.82 + 1 / 0.8 + 1 / 0.7) = 1 / (1.22 + 1.25 + 1.43) = 1 / 3.9 = 0.26 microfaradios

Si el circuito contiene más de un tipo de componente, se debe calcular un valor equivalente para cada componente.

Resumen de la lección

Los dos métodos para conectar un circuito eléctrico son:

1. Una conexión en serie en la que la corriente es la misma a través de cada componente del circuito, independientemente de los componentes que se utilicen o de sus valores. Las caídas de voltaje en cada componente del circuito dependen de los valores de los componentes utilizados en el circuito.
2. Una conexión en paralelo en la que la corriente en cada rama depende de los valores de los componentes utilizados, pero el voltaje es el mismo en todos los componentes. Un circuito en serie es aquel en el que todos los componentes están dispuestos en una conexión en serie.