Miguel Alfonso Altuve Paredes - Análisis y simulación de circuitos eléctricos en corriente continua

Figura 1.9: Utilización del amperímetro para medir la corriente que circula por un elemento. En (a) el circuito eléctrico y en (b) la conexión del amperímetro para medir la corriente I 3.

Dado que el amperímetro tiene una resistencia interna muy pequeña ( R → 0 Ω), el voltaje entre sus terminales es muy pequeño y se puede despreciar; por lo tanto el instrumento suele verse como un cortocircuito (cable) en el circuito y no afecta, o afecta muy poco, la corriente a medir, cuando se conecta en un circuito eléctrico.

Existen modelos de amperímetros para medir corriente continua y para medir corriente alterna. Además, estos instrumentos vienen calibrados en diferentes escalas (rango o intervalos de medición) con el fin de obtener una mayor precisión y evitar el daño del instrumento o de alguno de sus componentes, como un fusible. Por ejemplo, si se desea medir una corriente de 15 mA y se cuenta con un amperímetro con tres escalas: 0 − 2000 µ A, 0 − 20 mA y 0 − 2 A, se debe seleccionar la segunda escala, 0 − 20 mA, para obtener el valor más exacto; si se selecciona la primera escala (0 − 2000 µ A), el fusible del dispositivo se quemará y dejará de funcionar, mientras que si se escoge la última escala (0 − 2000 mA), la corriente medida no será muy precisa.

Un voltímetro es un instrumento de medida de dos terminales, una de color rojo y otra de color negro, que mide el voltaje o diferencia de potencial entre las terminales del elemento. Usaremos el símbolo que se muestra en la figura 1.10para representar un voltímetro.

Figura 1.10: Símbolo del voltímetro. Se observan las terminales roja y negra.

El voltímetro se debe conectar en paralelo 5con el elemento de circuito donde se desea medir el voltaje o diferencia de potencial. Al igual que en el amperímetro, los colores de las terminales son tomados en cuenta para obtener el sentido del voltaje a través del elemento. Por ejemplo, considere el circuito de la figura 1.11(a), el cual está compuesto por una fuente de voltaje de valor VF y tres elementos. Si se desea determinar el voltaje a través del elemento 2, se debe conectar el voltímetro en paralelo con el elemento 2, tal como se muestra en la figura 1.11(b). De acuerdo con la conexión mostrada, si la deflexión de la aguja es hacia la izquierda o si el valor mostrado en la pantalla del voltímetro digital es negativo, entonces la terminal inferior del elemento 2 tiene un potencial eléctrico mayor que la terminal superior, lo que quiere decir que hay una caída de tensión de la terminal inferior a la superior en el elemento 2.

Figura 1.11: Utilización del voltímetro para medir el voltaje entre las terminales de un elemento. En (a), el circuito eléctrico y en (b) la conexión del voltímetro para medir el voltaje del elemento 2.

Dado que el voltímetro tiene una resistencia interna muy grande ( R → ∞ Ω), la corriente que circula a través de sus terminales es muy pequeña y se puede despreciar; por lo tanto el instrumento suele verse como un circuito abierto en el circuito y no afecta, o afecta muy poco, el voltaje a medir, cuando se conecta en un circuito eléctrico.

Existen modelos de voltímetros para medir voltaje continuo y voltaje alterno. Estos instrumentos también vienen calibrados en diferentes escalas con el fin de obtener una mayor precisión. Al igual que el amperímetro, la integridad del voltímetro se ve afectada si el voltaje a medir es muy superior al rango de medida seleccionado en el voltímetro.

Un óhmetro u ohmímetro es un instrumento que mide la resistencia eléctrica. Usaremos el símbolo que se muestra en la figura 1.12para representarlo. Aunque el óhmetro suele tener un cable rojo y uno negro, la medida obtenida por el instrumento siempre es positiva debido a que no existe una resistencia negativa. En consecuencia, no es relevante el color de las puntas del instrumento a la hora de conectarlo a un elemento.

Figura 1.12: Símbolo del óhmetro.

Para medir la resistencia de un elemento se debe desconectar el elemento del circuito y conectar las puntas del instrumento en las terminales del elemento. Si no se desconecta el elemento del circuito, la medida obtenida por el óhmetro no será correcta. Por ejemplo, considere el circuito de la figura 1.13(a), el cual está compuesto por una fuente de voltaje de valor VF y tres elementos. Si deseamos conocer la resistencia del elemento 2 se debe desconectar dicho elemento y conectar el óhmetro en las terminales del elemento 2, tal como se muestra en la figura 1.13(b). La deflexión de la aguja siempre será hacia la derecha o el valor mostrado en la pantalla del óhmetro digital siempre será positivo.

Un multímetro o tester es un instrumento de medida versátil, de dos terminales, que combina varias funciones de medición en una sola unidad. El instrumento puede verse como una combinación de voltímetro, amperímetro, óhmetro, entre otros. El multímetro se debe conectar de acuerdo con la variable a medir, es decir, si se va a usar el multímetro para medir corriente eléctrica, este se debe conectar en serie con el elemento, mientras que si se va a usar para medir voltaje entonces se debe conectar en paralelo con el elemento. Dependiendo del modelo y marca del multímetro, se puede medir corriente, voltaje, resistencia, capacitancia, frecuencia, continuidad, etc. Una perilla o selector en el instrumento permite seleccionar el rango de la variable a medir tanto en cc como en ca.

Figura 1.13: Utilización del óhmetro para medir la resistencia de un elemento. En (a), el circuito eléctrico y en (b) la conexión del óhmetro para medir el valor de la resistencia del elemento 3.

Un osciloscopio es un tipo de instrumento que permite la observación, en dos dimensiones, de la magnitud de una señal eléctrica de voltaje en función del tiempo, en una pantalla. Con este instrumento es posible medir, entre otras cosas, el período de una señal y su amplitud. El osciloscopio puede ser analógico o digital, sin embargo su funcionamiento es el mismo para ambos casos.

Para visualizar correctamente la señal se utilizan dos perillas: una para controlar la base de tiempo y otra para controlar la base de amplitud (voltaje). Además, cuenta con otras dos perillas que sirven para desplazar la señal en el eje X (horizontal) y en el eje Y (vertical), con el fin de facilitar la medición a efectuar.

La pantalla del osciloscopio es cuadriculada, es decir, está dividida en cuadros, tal como se muestra en la figura 1.14. Se puede ver la pantalla entonces como un plano cartesiano con los ejes X y Y. La perilla de la base de tiempo permite controlar la duración de cada cuadro en el eje X (tiempo/división) y así poder medir el período de una señal, por ejemplo. De igual manera, la perilla de la base de amplitud permite controlar la amplitud de cada cuadro en el eje Y (voltio/división) y así poder medir el voltaje de una señal.

Dependiendo de la resolución del osciloscopio, la base de tiempo puede contener los rangos de valores en microsegundos, milisegundos y segundos, mientras que la base de amplitud puede venir en microvoltios, milivoltios y voltios.