Los resistores individuales se pueden conectar juntos en una conexión en serie, una conexión en paralelo o combinaciones de ambos en serie y paralelo, para producir redes de resistencias más complejas La resistencia equivalente es la combinación matemática de los resistores individuales conectados entre sí.
Un resistor no es solo un componente electrónico fundamental que se puede usar para convertir un voltaje en una corriente o una corriente en un voltaje, sino de manera correcta ajustando su valor, se puede colocar una ponderación diferente sobre la corriente convertida y / o el voltaje, lo que permite su uso en circuitos y aplicaciones de referencia de voltaje.
Los resistores en serie o redes de resistencias complicadas pueden reemplazarse por uno solo resistencia equivalente, REQ o impedancia, ZEQ y no importa cuál sea la combinación o complejidad de la red de resistencias, todas las resistencias obedecen las mismas reglas básicas definidas por la Ley de Ohm y la C de Kirchhoff Leyes de ircuit.
Resistencias en serie
Se dice que las resistencias están conectadas en «Serie», cuando están conectadas en cadena en una sola línea. Dado que toda la corriente que fluye a través de la primera resistencia no tiene otro camino, también debe pasar a través de la segunda resistencia y la tercera y así sucesivamente. Entonces, las resistencias en serie tienen una corriente común que fluye a través de ellas, ya que la corriente que fluye a través de una resistencia también debe fluir a través de las otras, ya que solo puede tomar una ruta.
Luego, la cantidad de corriente que fluye a través de una El conjunto de resistencias en serie será el mismo en todos los puntos de una red de resistencias en serie. Por ejemplo:
En el siguiente ejemplo, las resistencias R1, R2 y R3 están todas conectadas juntos en serie entre los puntos A y B con una corriente común, fluyo a través de ellos.
Circuito de resistencia en serie
Como las resistencias están conectadas juntas en serie, la misma corriente pasa a través de cada resistencia en la cadena y la resistencia total, RT del circuito debe ser igual a la suma de todas las resistencias individuales agregadas juntos. Eso es
y tomando los valores individuales de las resistencias en nuestro ejemplo simple arriba, la resistencia equivalente total, REQ se da como:
REQ = R1 + R2 + R3 = 1kΩ + 2kΩ + 6kΩ = 9kΩ
Vemos que podemos reemplazar las tres resistencias individuales anteriores con una sola resistencia «equivalente» que tendrá un valor de 9kΩ.
Donde cuatro, cinco o incluso más resistencias están conectadas juntas en un circuito en serie, la resistencia total o equivalente del circuito, RT aún sería la suma de todas las resistencias individuales conectadas entre sí y las más resistencias agregadas a la serie , mayor es la resistencia equivalente (sin importar cuál sea su valor).
Esta resistencia total se conoce generalmente como Resistencia Equivalente y se puede definir como; «un valor único de resistencia que puede reemplazar cualquier número de resistencias en serie sin alterin g los valores de la corriente o la tensión en el circuito «. Luego, la ecuación dada para calcular la resistencia total del circuito cuando se conectan resistencias en serie se da como:
Ecuación de resistencia en serie
Tenga en cuenta que la resistencia total o equivalente, RT, tiene el mismo efecto en el circuito que la combinación original de resistencias, ya que es la suma algebraica del individuo resistencias.
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Si dos resistencias o impedancias en serie son iguales y del mismo valor, entonces la resistencia total o equivalente, RT es igual al doble del valor de una resistencia. Eso es igual a 2R y para tres resistencias iguales en serie, 3R, etc. |
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Si dos resistencias o las impedancias en serie son desiguales y de diferentes valores, entonces la resistencia total o equivalente, RT es igual a la suma matemática de las dos resistencias. Eso es igual a R1 + R2. Si se conectan en serie tres o más resistencias desiguales (o iguales), la resistencia equivalente es: R1 + R2 + R3 +…, etc. |
Un punto importante para recordar acerca de los resistores en redes en serie para verificar que sus matemáticas sean correctas. La resistencia total (RT) de dos o más resistencias conectadas en serie siempre será MAYOR que el valor de la resistencia más grande de la cadena. En nuestro ejemplo anterior, RT = 9kΩ, donde la resistencia de mayor valor es solo 6kΩ.
Voltaje del resistor en serie
El voltaje en cada resistor conectado en serie sigue reglas diferentes a las de la corriente en serie. Sabemos por el circuito anterior que el voltaje de suministro total a través de las resistencias es igual a la suma de las diferencias de potencial entre R1, R2 y R3, VAB = VR1 + VR2 + VR3 = 9V.
Usando la ley de Ohm , el voltaje entre las resistencias individuales se puede calcular como:
Voltaje en R1 = IR1 = 1mA x 1kΩ = 1V
Voltaje en R2 = IR2 = 1mA x 2kΩ = 2V
Voltaje en R3 = IR3 = 1mA x 6kΩ = 6V
dando un voltaje total VAB de (1V + 2V + 6V) = 9V que es igual a la valor de la tensión de alimentación. Entonces, la suma de las diferencias de potencial entre las resistencias es igual a la diferencia de potencial total en la combinación y, en nuestro ejemplo, esto es 9V.
La ecuación dada para calcular el voltaje total en un circuito en serie que es el La suma de todos los voltajes individuales sumados se da como:
Luego, la resistencia en serie Las redes también se pueden considerar como «divisores de voltaje» y un circuito de resistencia en serie que tenga N componentes resistivos tendrá N voltajes diferentes a través de él mientras mantiene una corriente común.
Al usar la Ley de Ohm, el voltaje, La corriente o la resistencia de cualquier circuito conectado en serie se puede encontrar fácilmente y la resistencia de un circuito en serie se puede intercambiar sin afectar la resistencia total, la corriente o la potencia de cada resistencia.
Resistencias en serie Ejemplo No1
Usando la ley de Ohm, calcule la resistencia en serie equivalente, la corriente en serie, la caída de voltaje y la potencia para cada resistencia en las siguientes resistencias en circuito en serie.
Todos los datos se pueden encontrar por usando la Ley de Ohm, y para hacer la vida un poco más fácil, podemos presentar estos datos en forma tabular.
Luego, para el circuito anterior, RT = 60Ω, IT = 200mA, VS = 12V y PT = 2.4W
El circuito divisor de voltaje
Podemos ver en el ejemplo anterior, que aunque el voltaje de suministro se da como 12 voltios, aparecen diferentes voltajes o caídas de voltaje en cada resistor dentro de la serie la red. Conectar resistencias en serie como esta a través de un solo suministro de CC tiene una gran ventaja, aparecen diferentes voltajes en cada resistor que producen un circuito muy útil llamado Red Divisor de Voltaje.
Este circuito simple divide el voltaje de suministro proporcionalmente en cada uno resistencia en la cadena en serie con la cantidad de caída de voltaje determinada por el valor de las resistencias y, como ahora sabemos, la corriente a través de un circuito de resistencia en serie es común a todas las resistencias. Entonces, una resistencia más grande tendrá una caída de voltaje más grande a través de ella, mientras que una resistencia más pequeña tendrá una caída de voltaje más pequeña a través de ella.
El circuito resistivo en serie que se muestra arriba forma una red divisora de voltaje simple con tres voltajes de 2V, Los 4V y 6V se producen a partir de una única fuente de 12V. La ley de voltaje de Kirchhoff establece que «el voltaje de suministro en un circuito cerrado es igual a la suma de todas las caídas de voltaje (I * R) alrededor del circuito» y esto puede usarse con buenos resultados.
El voltaje La regla de división nos permite usar los efectos de la proporcionalidad de la resistencia para calcular la diferencia de potencial a través de cada resistencia independientemente de la corriente que fluye a través del circuito en serie. A continuación se muestra un típico «circuito divisor de voltaje».
Divisor de voltaje Red
El circuito que se muestra consta de solo dos resistencias, R1 y R2 conectadas en serie a través de la tensión de alimentación Vin. Un lado del voltaje de la fuente de alimentación está conectado a la resistencia, R1, y la salida de voltaje, Vout, se toma a través de la resistencia R2. El valor de este voltaje de salida viene dado por la fórmula correspondiente.
Si se conectan más resistencias en serie al circuito, aparecerán diferentes voltajes a través de cada resistor sucesivamente con respecto a su resistencia individual R (Ley de Ohm Valores I * R) que proporcionan puntos de voltaje diferentes pero más pequeños de un solo suministro.
Entonces, si tuviéramos tres o más resistencias en la cadena en serie, aún podemos usar nuestra fórmula ahora familiar del divisor de potencial para encontrar el voltaje caer sobre cada uno. Considere el circuito a continuación.
El circuito divisor de potencial anterior muestra cuatro resistencias conectadas en serie. La caída de voltaje en los puntos A y B se puede calcular usando la fórmula del divisor de potencial de la siguiente manera:
También podemos aplicar el misma idea a un grupo de resistencias en la cadena en serie. Por ejemplo, si quisiéramos encontrar la caída de voltaje en R2 y R3 juntos, sustituiríamos sus valores en el numerador superior de la fórmula y, en este caso, la respuesta resultante nos daría 5 voltios (2V + 3V).
En este ejemplo muy simple, los voltajes funcionan muy bien ya que la caída de voltaje a través de una resistencia es proporcional a la resistencia total, y como la resistencia total, (RT) en este ejemplo es igual a 100Ω o 100 %, la resistencia R1 es el 10% de RT, por lo que aparecerá el 10% de la tensión de fuente VS a través de ella, el 20% de VS a través de la resistencia R2, el 30% a través de la resistencia R3 y el 40% de la tensión de alimentación VS a través de la resistencia R4. La aplicación de la ley de voltaje de Kirchhoff (KVL) alrededor de la ruta de circuito cerrado lo confirma.
Ahora supongamos que queremos usar nuestro circuito divisor de potencial de dos resistencias anterior para producir un voltaje más pequeño desde un voltaje de suministro más grande a la potencia un circuito electrónico externo. Supongamos que tenemos una fuente de 12V DC y nuestro circuito que tiene una impedancia de 50Ω requiere solo una fuente de 6V, la mitad del voltaje.
Conectando dos resistencias de igual valor, de digamos 50Ω cada una, juntas como una red divisora de potencial a través de los 12V hará esto muy bien hasta que conectemos el circuito de carga a la red. Esto se debe a que el efecto de carga de la resistencia RL conectada en paralelo a través de R2 cambia la relación de las dos resistencias en serie alterando su caída de voltaje y esto se demuestra a continuación.
Resistencias en el ejemplo de serie No2
Calcule las caídas de voltaje en X e Y
a) Sin RL conectado
b) Con RL conectado
Como puede ver desde arriba, el voltaje de salida Vout sin la resistencia de carga conectada nos da el voltaje de salida requerido de 6V pero el mismo voltaje de salida en Vout cuando la carga está conectado cae a solo 4V, (Resistores en paralelo).
Entonces podemos ver que una red divisora de voltaje cargada cambia su voltaje de salida como resultado de este efecto de carga, ya que el voltaje de salida Vout está determinado por la relación de R1 a R2. Sin embargo, a medida que la resistencia de carga, RL aumenta hacia el infinito (∞), este efecto de carga se reduce y la relación de voltaje de Vout / Vs no se ve afectada por la adición de la carga en la salida. Entonces, cuanto mayor sea la impedancia de carga, menor será el efecto de carga en la salida.
El efecto de reducir una señal o el nivel de voltaje se conoce como atenuación, por lo que se debe tener cuidado al utilizar una red de divisores de voltaje. Este efecto de carga podría compensarse utilizando un potenciómetro en lugar de resistencias de valor fijo y ajustarse en consecuencia. Este método también compensa el divisor de potencial para las diferentes tolerancias en la construcción de las resistencias.
Una resistencia variable, potenciómetro o potenciómetro como se le llama más comúnmente, es un buen ejemplo de un divisor de voltaje de resistencias múltiples dentro de una sola paquete, ya que se puede considerar como miles de mini-resistencias en serie. Aquí se aplica un voltaje fijo a través de las dos conexiones fijas externas y el voltaje de salida variable se toma del terminal del limpiaparabrisas. Las ollas de múltiples vueltas permiten un control de voltaje de salida más preciso.
El circuito divisor de voltaje es la forma más sencilla de producir un voltaje más bajo a partir de un voltaje más alto, y es el mecanismo de operación básico del potenciómetro.
Además de utilizarse para calcular una tensión de alimentación más baja, la fórmula del divisor de tensión también se puede utilizar en el análisis de circuitos resistivos más complejos que contienen ramas en serie y en paralelo. La fórmula del divisor de voltaje o potencial se puede utilizar para determinar las caídas de voltaje alrededor de una red de CC cerrada o como parte de varias leyes de análisis de circuitos, como los teoremas de Kirchhoff o Thevenin.
Aplicaciones de resistencias en serie
Hemos visto que las resistencias en serie se pueden usar para producir diferentes voltajes entre sí y este tipo de red de resistencias es muy útil para producir una red de divisores de voltaje. Si reemplazamos una de las resistencias en el circuito divisor de voltaje anterior con un sensor como un termistor, una resistencia dependiente de la luz (LDR) o incluso un interruptor, podemos convertir una cantidad analógica que se detecta en una señal eléctrica adecuada que es capaz de ser medido.
Por ejemplo, el siguiente circuito de termistor tiene una resistencia de 10KΩ a 25 ° C y una resistencia de 100Ω a 100 ° C. Calcule el voltaje de salida (Vout) para ambas temperaturas.
Circuito del termistor
A 25 ° C
A 100 ° C
Entonces, al cambiar la resistencia fija de 1KΩ, R2 en nuestro circuito simple anterior a una resistencia variable o potenciómetro, un El punto de ajuste del voltaje de salida se puede obtener en un rango de temperatura más amplio.
Resumen de resistencias en serie
Entonces, para resumir. Cuando dos o más resistencias están conectadas juntas de extremo a extremo en una sola rama, se dice que las resistencias están conectadas juntas en serie.Los resistores en serie llevan la misma corriente, pero la caída de voltaje a través de ellos no es la misma, ya que sus valores de resistencia individuales crearán diferentes caídas de voltaje en cada resistor según lo determinado por la ley de Ohm (V = I * R). Entonces los circuitos en serie son divisores de voltaje.
En una red de resistencias en serie, las resistencias individuales se suman para dar una resistencia equivalente, (RT) de la combinación en serie. Las resistencias en un circuito en serie se pueden intercambiar sin afectar la resistencia total, la corriente o la potencia a cada resistencia o al circuito.
En el próximo tutorial sobre resistencias, veremos cómo conectar resistencias juntas en paralelo y muestre que la resistencia total es la suma recíproca de todas las resistencias sumadas y que el voltaje es común a un circuito en paralelo.
