Lectura_1_Principios_de_circuitos_electricos

Vista previa del material en texto

Principios de circuitos eléctricos 
I 
Principios de circuitos eléctricos 
 
Introdución 
En este documento se analizan algunos conceptos básicos en la electrónica. Éstos son: la estructura 
atómica; la carga eléctrica; el voltaje, la corriente y la resistencia; las fuentes de voltaje y de corriente; 
los resistores y, finalmente, el circuito eléctrico. Entender muy bien estos conceptos es esencial para 
comprender la ciencia que hay detrás de las tecnologías electrónicas y así interpretar algunas causas de 
los fenoménos asociados a las tecnologías electrónicas y para ejecutar un buen diseño electrónico. Al 
terminar de leer este resumen, se espera que puedas expresar el concepto de voltaje, detallar el 
concepto de corriente y los apliques en un circuito electrónico básico. 
 
 
Estructura atómica 
Toda la materia que existe se puede descomponer hasta en una estructura pequeña llamada átomo. El 
modelo aceptado del átomo fue propuesto por Niels Bohr, en 1913. De acuerdo con el investigador, es 
muy similar al sistema solar, tiene un núcleo y varias órbitas alrededor de las cuales circulan los 
electrones. El núcleo es un acumulado de partículas llamadas protones y neutrones. Los electrones están 
cargados de manera negativa, los protones de forma positiva y los neutrones no tiene carga1. 
 
El átomo es considerado la estructura fundamental de la materia debido a que conserva las mismas 
propiedades que el elemento de materia del cual proviene2. Cada uno de los 109 elementos de la tabla 
periódica se diferencia por la cantidad de electrones y protones que contienen sus átomos. Por ejemplo, 
el átomo de Hidrógeno tiene un electrón en una sola órbita y un protón en su núcleo. Todos los 
elementos de la tabla periódica tienen igual número de electrones y protones, lo que los hace 
eléctricamente neutros. Es decir, en su conjunto no tienen carga ni positiva ni negativa. 
 
Los elementos en la tabla periódica están ordenados según su número átomico, que se refiereal número 
de protones que tiene cada núcleo de átomos. No todos los electrones de un átomo están sobre una 
órbita. Los electrones de un átomo viajan en diferentes órbitas alrededor de su núcleo. Los electrones 
más cercanos al átomo tienen menor energía que los que están más alejados del núcleo. Las órbitas son 
conocidas también como niveles de energía y delimitan capas entre los diferentes niveles. Cuando a un 
electrón se le aumenta la energía, éste sube de capa o de nivel de energía. De igual manera, cuando un 
electrón pierde energía baja de capa o de nivel de energía. 
 
Para que un electrón suba de energía se le inyecta energía mediante luz, por ejemplo3, al cabo de un 
momento el electrón regresa a su nivel de energía y cuando hace eso emite una luz de cierto color que 
 
1En los últimos años se han descubierto partículas más pequeñas que los electrones, protones y neutrones. Por ejemplo, los neutrones pueden 
estar formados de varios Cuarks. 
2En una analogía con la astronomía, el átomo es similar al sistema solar. 
3 Este principio físico se usa en la tecnología de celdas solares o paneles fotoeléctricos. Se les llama así debido a que generan energía eléctrica a 
partir de las partículas de luz llamadas fotones. 
 
 
Principios de circuitos eléctricos 
II 
depende de los materiales4. La órbita o capa/nivel/banda de energía más alejada del núcleo se le llama 
capa de valencia y los electrones que orbitan allí se les llaman electrones de valencia. Si un electrón de la 
banda de valencia recibe energía (ya sea mediante una partícula de luz, también llamada fotón),éste se 
libera del átomo y queda en estado libre. Un átomo sin un electrón de su última capa de valencia se 
llama átomo ionizado. La ionización rompe el equilibrio de carga neutro del átomo haciéndolo de carga 
positiva. 
 
El electrón libre puede desplazarse sin estar atado al núcleo creando el movimiento del electrón. A esto 
lo llamaremos flujo de electrones y este fenómeno es conocidocomo corriente electrónica. El cobre tiene 
un electrón en su última capa de valencia. Este electrón no requiere mucha energía para ser libre por lo 
que a temperatura ambiente el cobre es un buen material conductor ya que tiene muchos electrones 
libres. Un material con las mismas características que el cobre se llama conductor. La mayoría de los 
metales son buenos conductores (ejemplo: plata, oro, etc.). 
 
En circuitos eléctricos se usa comúnmente el cobre, mientrás que en los circuitos integrados (también 
conocidos como “chips”) se usa el oro5. En los materiales aislantes se requiere inyectar mucha energía 
para que los electrones de la banda de valencia sean libres por lo que es muy díficil que conduzcan 
electrones. Los materiales semiconductores se comportan como materiales conductores o aislantes, y se 
diseñan para poder controlar su comportamiento. Lo que permite el nacimiento de los dispositivos 
elaborados de materiales semiconductores, los cuales podemos controlar su comportamiento 
(conductores o aislantes). Algunos dispositivos semiconductores con los que podemos controlar los 
electrones son: el diodo, el transistor y el circuito integrado. 
 
 
Carga eléctrica 
Un material con electrones libres exhibe carga eléctrica negativa. Y al que le faltan electrones exhibe 
carga eléctrica positiva. La carga eléctrica es una propiedad de la materia que indica si le faltan o si les 
sobran electrones. La electricidad estática es el fenómeno que indica si el material tiene o no tiene 
electrones libres6. Para generar cargas eléctricas hay que inyectar energía y así liberar electrones. Esto se 
puede hacer frotando dos materiales uno contra otro. El calor producido por la fricción libera algunos 
electrones. Cuando se combinan dos materiales con diferentes electrones libres o falta de los mismos, 
también se pueden formar iones. 
 
Un principio de la física dice que los materiales con cargas eléctricas iguales se rechazan mientras que los 
materiales con cargas eléctricas diferentes se atraen7. La fuerza invisible que atrae o rechaza dos cargas 
eléctricas se le llama campo eléctrico. 
 
 
4 Este principio físico se usa en los diodos emisores de luz (también conocidos como LEDs por si siglas en inglés Light Emitting Diode). 
5 Por esta razón en algunos países se reciclan los dispositivos electrónicos. Para extraer los materiales preciosos que llevan. 
6 Si tocas a una persona y te da toques es que uno de los dos estaba cargado y se descargó al contacto con el otro. 
7 Los imanes funcionan de manera similar sólo que las cargas a las que se refieren son magnéticas y no eléctricas. 
 
 
Principios de circuitos eléctricos 
III 
El campo eléctrico viaja de las cargas positivas a las cargas negativas8. La unidad de medida de las cargas 
eléctricas es el Coulomb, en honor al científico francés Charles Coulomb por haber deducido la fórmula 
de atracción/repulsión de cargas eléctricas. A la carga eléctrica se le representa con una Q y sus unidades 
se expresan en Coulombs (C). Un Coulomb es la carga total poseída por 6.25x1018 electrones. Por lo 
tanto, un solo electrón tiene 1.6x10-19 C. La carga total Q expresada en Coulombs para un número 
determinado de electrones se determina con la siguiente fórmula: 
 
𝑄𝑄 = 
𝑛𝑛ú𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑑𝑑𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑒𝑒𝑚𝑚𝑒𝑒𝑒𝑒𝑚𝑚𝑚𝑚𝑛𝑛𝑚𝑚𝑒𝑒
6.25 × 1018 𝑚𝑚𝑒𝑒𝑚𝑚𝑒𝑒𝑒𝑒𝑚𝑚𝑚𝑚𝑛𝑛𝑚𝑚𝑒𝑒/𝐶𝐶
 (𝐶𝐶𝑚𝑚𝐶𝐶𝑒𝑒𝑚𝑚𝑚𝑚𝐶𝐶𝑒𝑒) 
 
 
Voltaje, corriente y resistencia 
En todos los circuitos eléctricos existen estas tres cantidades. El voltaje se requiere para producir 
corriente, y la resistencia se opone al flujo de electrones por lo que limita la corriente. Anteriormente, 
mencionamos que las cargas opuestas se atraen,supongamos que tenemos dos cargas opuestas pero 
que no se pueden desplazar físicamente. La fuerza de atracción que se ejercen entre ambas cargas se le 
conoce como diferencia en la energíapotencial, diferencia de potencial o voltaje9. El voltaje se define 
como la energía potencial o trabajo por unidad de carga eléctrica. El voltaje (V) respecto a la carga (Q) y 
la diferencia de potencial eléctrico (W) se calcula con la siguiente fórmula: 
 
𝑉𝑉 =
𝑊𝑊
𝑄𝑄
 (𝑉𝑉𝑚𝑚𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒) 
 
Definición: un volt (1V) es la diferencia de potencial (Voltaje) entre dos puntos cuando se utiliza un joule 
de energía para mover un coulomb de carga de uno de los puntos al otro. 
 
La corriente eléctrica (I) es el flujo de electrones y produce trabajo en el circuito eléctrico. Si se conecta 
una fuente de voltaje a un material conductor, el lado positivo de la fuente de voltaje atrae los 
electrones libres mientras que el lado negativo los rechaza. Éste es el principio de generación de 
corriente y para que exista debe haber un elemento, sistema o componente entre ambas polaridades de 
la fuente de voltaje10. La corriente eléctrica (I) respecto a la carga eléctrica (Q) y el tiempo (t) se calcula 
con la siguiente fórmula: 
 
𝐼𝐼 = 
𝑄𝑄
𝑒𝑒
 (𝐴𝐴𝑚𝑚𝐴𝐴𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑒𝑒) 
 
 
8 Los rayos de las tormentas son descargas eléctricas que viajan de la tierra al cielo no al revés, como se piensa comúnmente. Eso significa que la 
tierra esta cargada de manera positiva mientras que las nubes de manera negativa. 
9 El tanque de agua instalado arriba de tu casa tiene una energía potencial respecto a las llaves de debajo de tu casa que permite que la corriente de 
agua fluya fácilmente. 
10 En el caso de los rayos, el conductor es el medio ambiente y el camino que sigue es el de menor resistencia. 
 
 
Principios de circuitos eléctricos 
IV 
Definición: un ampere es la cantidad de corriente que existe cuando cierto número de electrones, cuya 
carga total es un coulomb (1C), pasa por un área de sección transversal dada en un segundo (1 s). 
 
Los electrones libres y en flujo chocan con átomos. Las colisiones reducen su energía y restringen su 
movimiento. Los diferentes materiales ofrecen diferentes comportamientos al flujo de electrones. La 
propiedad de los materiales con la que se mide la opocisión del flujo de electrones se llama resistencia, 
se expresa en (Ohms) y se representa por la letra griega omega mayúscula (Ω). 
 
Definición: un ohm (Ω) de resistencia representa el paso un ampere (A) producido por un volt (V). 
 
El fenómeno físico contrario a la resistencia es la conductancia. Las unidades de medición de la 
conductancia son los Siemens y su símbolo es (S). La conductancia eléctrica (S) en función de la 
resistencia eléctrica (R) se calcula con la siguiente fórmula: 
 
𝑆𝑆 = 
1
𝑅𝑅
 (𝑆𝑆𝑆𝑆𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑛𝑛𝑒𝑒) 
 
 
 
Fuentes de voltaje y corriente 
Una fuente de voltaje propociona energía eléctrica o fuerza electromotriz (fem) o voltaje. Hay diferentes 
métodos de generación de energía eléctrica y usan los principios de la química, la fotónica (luz) o del 
magnetismo. Estos métodos son complementados con un movimiento mecánico. Las fuentes de 
corriente proporcionan una corriente constante a una carga, mientras quelas fuentes de voltaje ideal 
producen energía eléctrica sin sufrir ninguna modificación debido a la cantidad de la carga. Estas fuentes 
no existen pero en la realidad se aproximan. Un corto circuito es una carga muy cercana a cero que 
produce una corriente casi infinita, lo que haría que se quemarán las conexiones usadas en el circuito. 
Existen dos tipos de fuentes de voltaje: corriente continúa o directa y corriente alterna o variable. 
 
Las baterías son fuentes de voltaje de corriente continúa,se construyen usando principios 
electroquímicos. Existe una gran variedad de este tipo de baterías, se compone de una o varias celdas 
electroquímicas interconectadas eléctricamente ylos componentes básicos son: el electrodo positivo 
(tiene carencias de electrones), electrodo negativo (tienen demasiados electrones), el electrolito es el 
medio por el cual los electrones fluyen y cuentan con un separador que aisla los electrodos. Los 
materiales usados y sus interacciones químicas determinan el voltaje de la batería. Las cantidades de 
materiales determinan su capacidad. La capacidad de una de las celdas es igual al número de electrones 
que se pueden obtener de ella y se mide por la cantidad de corriente que es suministrada a lo largo del 
tiempo. Las celdas de una batería se interconectan en serie o en paralelo. 
 
El tipo de conexión también determina su capacidad. Si las celdas se interconectan en los puntos de 
polaridades opuestas, la conexión es en serie;en cambio, si las conexiones son entre las mismas 
 
 
Principios de circuitos eléctricos 
V 
polaridades la conexión es en paralelo. En paralelo el voltaje del conjunto es el mismo pero tiene mayor 
capacidad. En serie, el voltaje es la suma de las mismas y la capacidad no se ve aumentada. 
 
Las baterías también se clasifican en dos tipos: primarias y secundarias. Las primarias se usan una sola 
vez, mientras que las secundarias son recargables. Las baterías recargables tienen procesos 
electroquímicos irreversibles, lo que les permite recuperar su condición original mientras que las 
baterías primarias son hechas con materiales que en su conjunto provocan reacciones químicas 
irreversibles. Las baterías son una tecnología en constante evolución, en los últimos años y debido al 
auge de la conciencia sustentable se han convertido en uno de los principales consumibles para la vida 
moderna. 
 
Otro tipo de fuente de energía eléctrica son las celdas solares. Su funcionamiento se debeal efecto 
fotoeléctrico, el cual fue explicado con anterioridad. Una celda solar se puede explicar usando la analogía 
de un sandwich. El pan de abajo es un contacto positivo, en medio se rellena de capas de 
seminconductores y en el pan superior es el contacto negativo que además está agujereado para 
permitir la entrada de los rayos solares que, al chocar con el material semiconductor, libera los 
electrones. 
 
El generador de voltaje es otro tipo de fuente de energía eléctrica, convierte la energía mecánica en 
eléctrica mediante el principio de inducción electromagnética. El estator es la carcaza del generador y el 
rotor es la parte móvil. Ambos tienen un conjunto de imanes que al pasar muy cerca producen campos 
electromagnéticos que generan electricidad en las bobinas de alambre que los rodean. 
 
Otra forma de construir una fuente de energía eléctrica es mediante la conversión de la alimentación 
eléctrica que viene en el voltaje de tipo variable, específicamente, es alterno a la corriente continúa. 
 
El termopar es una fuente de energía eléctrica basada en el principio termoeléctrico. El calor es también 
un movimiento rápido de moléculas que por consecuencia produce movimiento de electrones o 
corriente. 
 
Existe una gran diversidad de sensores que también producen energía eléctrica, pero no son tan 
eficientes como los presentados anteriormente y se usan solamente como sensores. Los sensores 
piezoeléctricos se basan en el principio del movimiento de particulas para generar energía eléctrica. Un 
ejemplo de sensores de esta naturaleza son los micrófonos tradicionales. 
 
Las fuentes de corriente ideal suministran flujo de electrones libres constantes a cualquier tipo de carga. 
Al igual que las fuentes de voltaje ideales, no existen pero se aproximan. Una fuente de corriente se 
puede construir con un dispositivo electrónico activo clásico, usado para amplificar la corriente 
(transistor), el cual tiene un tipo de respuesta muy similar a una fuente de corriente por lo que es usando 
como tal. Las fuentes de corriente eléctrica típicamente se utilizan como cargadores de baterías 
secundarias. 
 
 
Principios de circuitos eléctricos 
VI 
Resistores 
El resistor es un componente electrónico pasivo. El término pasivo y activo se distinguen porque para 
que realicen su función deben o no ser alimentados con una fuente de energía. Los resistoresse usan 
para limitar el flujo de electrones, para dividir el voltaje y a veces para generar calor, ya que al oponerse 
al flujo de electrones generan calor. Hay dos tipos de resistores, los fijos y los variables. Los fijos se 
encuentran en una gran variedad de valores y tamaños. El tamaño está directamente relacionado con el 
calor que son capaces de absorber. Un resistor más grande mantiene su funcionamiento cuando el flujo 
de corriente es muy alto. El resistor más común está hecho de una combinación de carbón. La 
proporción de carbón a aislante determina el valor de la resistencia. 
 
Actualmente, se encuentran resistores en el mercado de tamaño físico muy pequeños y que circuitos 
impresos para tecnología de montaje superficial (Surface Mount Technology). La tolerancia es una 
característica instrínseca de los resistores e indica la variabilidad de su valor. Algunos valores típicos son 
5% y 10%. Algunos resistores se fabrican de alambres enrollados. Este tipo de resistores no se ocupanen 
frecuencias altas ya que generan mucho ruido. Los resistores se codifican mediante bandas de colores. 
La banda más cercana a la orilla es el primer dígito, la segunda banda es el segundo dígito, la tercera 
banda indica el número de ceros después del segundo dígito. La cuarta indica la tolerancia. Ejemplo, una 
resistencia con los colores naranja-naranja-café-oro significa un valor de reisistencia de 330 Ohms con 
una tolerancia de 5%. En la tabla 1 se explican los códigos para los colores. 
 
Digito 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5% 10% 
Color Negro Café Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco Oro Plata 
Tabla 1. Código de colores de resistencias. 
 
Existen resistencias codificadas con 5 bandas. Si el resistor no es de precisión, la quinta banda representa 
la confiabilidad en porcentaje de fallas por cada 1000 horas. La Tabla 2 muestra el código para esta 
banda extra. 
 
Color Café Rojo Naranja Amarillo 
% de fallas 
durante 1000 
horas de 
operación 
 
1.0% 
 
0.1% 
 
0.01% 
 
0.001% 
Tabla 2. Código de colores para resistores con banda de confiabilidad 
 
Para resistores de precisión, la tercera banda es el tercer digito y la cuarta banda es el número de ceros 
(multiplicador) y la quinta es la tolerancia. Para estos resistores, si la cuarta banda es oro, se debe 
multiplicar por 0.1 y si es plata se multiplica por 0.01. Las tolerancias para este tipo de resistores son 
también diferentes. Rojo es ±2%, café es ±1%, verde es ±0.5%, azul es ±0.25% y, finalmente, violeta es 
±0.1%. 
 
 
 
Principios de circuitos eléctricos 
VII 
Algunos resistores están codificados mediante una rotulación numérica. En este caso el primer y 
segundo números son dígitos, el tercero es el número de ceros o multiplicador. También existen 
resistores codificados al estilo alfanumérico. La letra siempre indica el punto decimal y el multiplicador. 
Por ejemplo: 22R es 22 Ohms, 2M2 es 2.2 MOhms, 220K es 220 KOhms. 
 
Los resistores variables,como su nombre lo indica, tienen la opción de variar de valor de resistencia. Este 
tipo de resistores son los que encontramos en muchos de los controles de volúmen en los aparatos 
electrónicos de uso cotidiano. Los resistores variables pueden cambiar su valor de manera manual o 
automática. Los usos típicos de los resistores variables son división de voltaje (potenciómetro) y 
controlar el flujo (reóstato) de corriente electrónica. Los resistores variables pueden ser mecánicos o 
electrónicos. 
 
Un resistor electrónico utiliza un circuito integrado (chip) de propósito específico (dedicado solo a eso), 
para realizar esta función. También las resistencias variables pueden ser clasificadas en dos tipos: 
lineales y no lineales. En las resistencias variables lineales el valor de la resistencia es directamente 
proporcional al movimiento. Por ejemplo, si mueves a la mitad el mecanismo, el valor de la resistencia 
variable es la mitad. 
 
En las resistencias variables no lineales el valor de la resistencia no es directamente proporcional al 
movimiento mecánico. Por ejemplo, si mueves el mecanismo un cuarto del giro total, el valor de 
resistencia es la mitad. Otros ejemplos de resistores variables son los sensores a la temperatura y a la 
intensidad de luz. Los nombres que reciben son termistor (termométro-resistor) y celda fotoconductora 
o fotoresistencia o fotoresistor. Ambos varían el valor de su resistencia dependiendo del valor del 
fenómeno físico al que son sensibles: la variación de la temperatura y de la intensidad luminosa. 
 
 
El circuito eléctrico 
El circuito eléctrico es un conjunto de componentes interconectados que usan el voltaje, la corriente y la 
resistencia para realizar una función específica. Como mencionamos en la sección de carga eléctrica, 
explicada con anterioridad,la dirección del flujo de electrones es del polo negativo de la fuente de voltaje 
al polo positivo. Es decir, que en un circuito eléctrico debe salir de la terminal positiva de la fuente de 
voltaje y circular a través de todo el circuito eléctrico para llegar nuevamente a la terminar negativa. 
Cuando el flujo de corriente en una dirección determinada entra a un componente eléctrico o 
electrónico, la corriente es absorbida por el componente y por lo tanto la terminal del componente por 
la que entra la corriente se le asigna el signo positivo. Se puede tomar otra convención (dirección) para el 
flujo de corriente, pero se debe también cambiar la convención en los componentes que absorben la 
corriente. 
 
El circuito eléctrico básico se compone de una fuente de voltaje, un resistor y la corriente eléctrica. En la 
figura 1 se presenta un diagrama esquemático del circuito eléctrico básico. En la misma también se 
muestran los símbolos de una fuente de voltaje continúa y del resistor. 
 
 
Principios de circuitos eléctricos 
VIII 
 
Figura 1. Circuito eléctrico básico. 
 
Para que exista una corriente es necesario que el circuito eléctrico esté cerrado. Si las conexiones entre 
los componentes están abiertas, no existiría corriente y por lo tanto no es un circuito eléctrico y recibe el 
nombre de circuito abierto. Para que se controle el circuito se pueden colocar interruptores mecánicos 
de un polo y un tiro. En la figura 2 se muestra un diagrama esquemático de un circuito básico con una 
lámpara como carga en dos estados: interruptor cerrado e interruptor abierto. 
 
 
Figura 2. Circuito eléctrico básico con lámpara en dos estados: interruptor abierto (izquierda), interruptor cerrado (derecha). 
 
En la figura 2, cuando el interruptor está cerrado la lámpara se enciende y cuando está abierto la 
lámpara se apaga. Por lo tanto, el interruptor sirve para controlar el encendido de la lámpara tal como lo 
hacemos en nuestras casas todos los días11. 
 
Algunos dispositivos hechos de semiconductores pueden emular (trabajar de manera muy similar) el 
funcionamiento de los interruptores mecánicos. Los transistores son un dispositivo semiconductor que 
tiene varias aplicaciones y entre ellas se encuentra la de tener la capacidad de emular el funcionamiento 
de los interruptores. El transistor recibe ese nombre porque su funcionamiento se puede esquematizar 
por un circuito eléctrico con una resistencia muy alta en la entrada a una resistencia muy baja en la 
salida (transferencia de resistencia o transference resistor o transistor).La figura 3 muestra un diagrama 
esquemático de un transistor emulando un interruptor de un polo una vía. En la figura 3 se muestra el 
símbolo de otro tipo de interruptor, en esta ocasión de tipo push-button. 
 
11 Existe una gran variedad de interruptores con sus respectivos símbolos. Aquí sólo pretendemos mostrar como nos sirven para controlar el 
encendido de la lámpara en un circuito eléctrico básico. 
 
 
Principios de circuitos eléctricos 
IX 
 
Figura 3.Transistor emulando el comportamiento de un interruptor: transistor alimentado por una corriente o interruptor 
cerrado(izquierda), transistor no alimentado o interruptor abierto (derecha). 
 
Existen otros dispositivos de materiales semiconductores que pueden también emular el 
comportamiento del interruptor. Entre ellos se encuentra el transistor de efecto de campo o FET (Field 
Effect Transistor), el cual funciona con voltaje al contrario del transistor. 
 
Cuando el valor de la corriente sobrepasa un nivel se pueden quemar algunos dispositivos en el circuito 
eléctrico. Los fusibles y cortacircuitos son componentes eléctricos que sirven para proteger al resto de 
los componentes en el circuito eléctrico. Un fusible es un interruptor que se quema (se abre) si un 
determinado nivel de corriente es sobrepasado. Cuando un fusible se abre debe ser remplazado 
mientras que un cortacircuitos puede ser reusado ya que recupera su funcionamiento, básico toda vez 
que se ha eliminado la causa por la cual se abrió. Ambos componentes funcionan por medio de la 
temperatura producida por la corriente que pasa por ellos. 
 
Para realizar las conexiones entre dispositivos en un circuito eléctrico se usan cables. Los alambres son 
un solo hilo conductor mientras que los cordones son un conjunto de hilos conductores. Los cordones 
son más flexibles y resistentes a varios dobleces mientras que el alambre es más sensible y puede 
romperse más fácilmente. Los cordones también ofrecen más resistencia puesto que es un conjunto de 
alambres de mayor resistencia conectados en paralelo. 
 
El diámetro equivalente de los alambres o cordones se maneja bajo un estándar llamado AWM 
(American Wire Gauge). Algunas aplicaciones especiales en medicina, automotriz, aeronaútica o 
aeroespacial requieren cables especiales con otros estándares. Todos los materiales ofrecen algún valor 
de resistencia. Los buenos conductores ofrecen un mínimo de resistencia mientras que los buenos 
aislantes ofrecen una muy alta resistencia. La temperatura también afecta el valor de la resistencia. La 
resistencia eléctrica de un pedazo de cable hecho de cierto material en función de su resistividad (ρ), la 
longitud del cable (l) y el área transversal de conducción (A) y se calcula con la siguiente fórmula: 
 
𝑅𝑅 =
ρ𝑒𝑒
𝐴𝐴
 (𝑂𝑂ℎ𝑚𝑚𝑒𝑒) 
 
 
 
Principios de circuitos eléctricos 
X 
La resistencia se aumenta con el valor de la resistividad del material del cable, así como su longitud y 
disminuye al aumentar el área transversal del mismo. Los alambres del área mayor tienen menor 
resistencia y pueden conducir una mayor cantidad de corriente. Los fusibles son diseñados usando estos 
principios para determinar a que corriente deben fundirse. 
 
El voltaje o diferencia de potencial se mide respecto a un valor de referencia llamado tierra. El nombre 
de tierra se originó debido a que se refiere a una barra de metal enterrada en el piso o tierra. Ésa es la 
tierra en tierra12. En las casas se acostumbra a conectar la tierra a las cajas metálicas de los contactos o 
bien a las varillas de construcción. Siempre se debe asegurar que la tierra de la casa o de los equipos 
electrónicos o electrodomésticos estén conectados a la tierra en tierra. La tierra de referencia es siempre 
respecto al circuito eléctrico y representa el valor de 0 Volts. 
 
Por ejemplo, en el circuito eléctrico básico de la figura 1 la tierra de referencia es el lado negativo de la 
batería. En los circuitos eléctricos a la tierra de referencia también se les llama común. En la figura 4 se 
muestran tres símbolos de tierra. No existen símbolos diferentes para distingir la tierra en tierra de la 
tierra de referencia. 
 
 
Figura 4. Símbolos de tierra 
 
Nota de seguridad:Se debe tener cuidado al intervenir los equipos electrónicos ya que la tierra de 
referencia puede estar a otro potencial de la tierra en tierra. 
 
Los equipos de instrumentación electrónica como las fuentes de voltaje, de corriente, generadores de 
señales, osciloscopios, etc., aislan la tierra en tierra de la tierra de referencia y ofrecen la posibilidad de 
conectar los circuitos eléctricos a la tierra en tierra. Algunos circuitos eléctricos requieren de dos fuentes 
de alimentación, una positiva y otra negativa. En la figura 5 se muestra un amplificador operacional que 
usa dos fuentes de alimentación, ya que su principio de funcionamiento es respecto al voltaje diferencial. 
 
 
Figura 5. Un amplificador operacional conectado a dos fuentes de alimentación invertidas. 
 
 
 
 
12 Dos edificios tienen diferentes tierras y entre ellos puede existir una diferencia de potencial por lo que hay que tener cuidado cuando se 
conectan equipos entre dos edificios. También puede existir una diferencia de potencial entre un equipo electrónico y la tierra en tierra de la 
misma habitación o casa en donde se encuentre. En estos casos hay que tener cuidado al momento de trabajar con estos equipos. 
 
 
Principios de circuitos eléctricos 
XI 
Juicio crítico del asunto abordado 
En este documento se han explicado de manera muy concisa los conceptos básicos de la electrónica. 
Primero abordamos el tema de la estructura atómica, se presentó el modelo de Bohr y se describieron 
las características principales de los átomos así como los principios usados en la electrónica. Enseguida 
presentamos la carga eléctrica con las definciones asociadas y la fórmula para su cálculo. Luego fueron 
introducidas las definciones y conceptos asociados de voltaje, corriente, resistencia y conductancia. 
 
También presentamos las fórmulas de como se calculan estas propiedades. Luego profundizamos en los 
conceptos y principios de generación de energía eléctrica. Presentamos a los resistores y los conceptos 
asociados, sus características y tipos.Fueron introducidos algunas definiciones de sensores de resistencia 
variable basados en diferentes principios físicos. Finalmente, presentamos el concepto de circuito 
eléctrico, las definiciones y principios asociados. 
 
 
Perspectivas de solución 
Existen muchos más principios básicos de la electrónica. El objetivo de esta breve introducción es que 
poseas los conocimientos esenciales para entender los fenómenos físicos usados por esta ciencia y la 
forma en cómo son aplicados en los dispositivos de uso cotidiano, en el teléfono celular, los 
electrodomésticos, los automóviles, los aviones, etc. La electrónica sigue avanzando como ciencia, 
actualmente podemos encontrar que se ha aplicado para elaborar nanomáquinas y microcomponentes. 
La bioelectrónica por su lado ha desarrollado biocomponentes. También se ha avanzado la ciencia de la 
espintrónica, que consiste en controlar la dierección de polarización de cada uno de los electrones y que 
abre perspectivas muy prometedoras. Más allá también se encuentra la ciencia de la cuántica. La 
electrónica fue solo el inicio, te invitamos a que sigas aprendiendo sobre el desarrollo de la misma ya que 
es una ciencia en continúa y permanente evolución. 
 
 
Conclusión 
La electrónica es la ciencia que usa tecnología para controlar el flujo de electrones. Conocer muy bien 
sus principios básicos te ayudará a entender los equipos que se han construido con esta tecnología, 
también te permitirá diseñar circuitos eléctricos para propósitos específicos usando tecnologías 
electrónicas. En esta lectura te hemos proporcionado las primeras herramientas para lograr estos 
objetivos. Te invitamos a seguir conociendo esta ciencia y sus tecnologías así como las otras ciencias 
relacionadas ya que en el futuro estaremos rodeados de una mayor diversidad de tecnologías tales como 
la electrónica, la espintrónica, la bioelectrónica y la cuántica. 
 
 
Bibliografía 
Floyd, Thomas L. (2007). Principios de circuitos eléctricos. México: Pearson Educación de México, 8ª 
edición. 
	Bibliografía