Apuntes de electrónica

Fuentes de corriente

Fuente de corriente ideal
No existe, es ideal como en el anterior caso de la fuente de tensión ideal..

Fuente de corriente real
Son las fuentes que existen en la realidad.

Veamos que ocurre con los diferentes valores de R_L.

Con esto vemos que una fuente de corriente funciona mejor cuando su resistencia interna es muy alta, mientras que una fuente de tensión funciona mejor cuando su resistencia interna es muy baja. La intensidad de carga tiene esta forma:

Fuente de corriente (aproximadamente) constante

Solo se pierde el 1 % en el peor caso. Con esto nos aproximamos a la fuente de corriente ideal. Veamos 2 valores diferentes de R_L.

Resumen

• Fuente de corriente ideal es la que tiene una R_int = 8 y produce en la salida una I_L = cte.
• Fuente de corriente real es la que tiene una determinada R_int. En esta hay pérdida de corriente. El resto de la corriente va a la carga que es la que se aprovecha.
• Fuente de corriente constante es la que tiene una R_int >= 100R_L. La corriente que se pierde por la R_int es como mucho el 1 %, aproximadamente a la ideal, que es el 0 %.

Si tenemos que comparar 2 fuentes de corriente, la mejor será la que tenga una R_int más grande (o sea la más parecida a la ideal, que tiene una R_int = 8).

http://www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema1/TEMA1.htm

Fuentes de tensión y corriente

Para que las cargas estén en movimiento, en los circuitos eléctricos debe haber al menos una fuente de alimentación que establezca diferencias de potencial.

Las fuentes de alimentación se conocen también como elementos activos debido a que son las que entregan energía al circuito. Existen dos tipos de fuentes, las fuentes independientes y las fuentes dependientes.

Fuentes independientes

Las fuentes independientes son las que mantienen un valor constante (ya sea de tensión o de corriente), independientemente del estado del circuito.

Fuentes de tensión independientes

Son los tipos más comunes de fuentes de alimentación que encontramos en prácticamente cualquier circuito. Entre sus bornes proveen una diferencia de potencial (o tensión) constante, por ese motivo la corriente que entregan depende del valor de la resistencia del circuito o de la resistencia de carga que conectemos.

Por ejemplo si tenemos una fuente de tensión de 12 volt y le conectamos una resistencia de 2 ohm, circularán 6 ampere. Si en cambio conectamos una resistencia de 6 ohm, circularán 2 ampere (ver ley de Ohm). Pero siempre la tensión entre los bornes de la fuente es constante.

El valor de tensión proporcionado es independiente del valor de la carga que se conecte.

Las fuentes de tensión se simbolizan con dos líneas de distinto tamaño, correspondiendo la mas grande al polo positivo.

Fuentes de corriente independientes

Las fuentes de corriente son aquellas que proveen una corriente constante al circuito o resistencia que se les conecta. Por lo tanto si cambia el valor de la resistencia de carga, la fuente aumenta o disminuye la diferencia de potencial entre sus bornes, de tal forma de mantener constante la corriente por esa resistencia.

El valor de corriente proporcionado por la fuente es constante independientemente del valor de la carga conectada.

Fuentes dependientes

Las fuentes dependientes proveen un valor (de tensión o de corriente) que depende del estado o de algún parámetro del circuito.

Fuentes de tensión dependientes

Mantienen un valor de tensión entre sus bornes, dependiendo de algún parámetro.

En el ejemplo siguiente la fuente mantiene una tensión (v) dependiendo del valor de otra tensión (v1) multiplicado por una constante a.

Fuentes de corriente dependientes

Mantienen una corriente en la rama, dependiendo de algún parámetro.

En el ejemplo siguiente la fuente mantiene una corriente (i) que depende de otra corriente del circuito (i1) multiplicada por una constante a.

http://www.fisicapractica.com/fuentes.php

Clasificación

Una posible clasificación de las fuentes eléctricas es la siguiente.

${\displaystyle {\color {Blue}{\mbox{Reales}}}{\begin{cases}{\mbox{De tensi}}{\acute {o}}{\mbox{n}}\\{\mbox{De intensidad}}\end{cases}}}$

${\displaystyle \quad {\color {Blue}{\mbox{Ideales}}}{\begin{cases}{\mbox{Independientes}}{\begin{cases}{\mbox{De tensi}}{\acute {o}}{\mbox{n}}\\{\mbox{De intensidad}}\end{cases}}\\{\mbox{Dependientes}}{\begin{cases}{\mbox{De tensi}}{\acute {o}}{\mbox{n}}{\begin{cases}{\mbox{Controlada por tensi}}{\acute {o}}{\mbox{n}}\\{\mbox{Controlada por intensidad}}\end{cases}}\\{\mbox{De intensidad}}{\begin{cases}{\mbox{Controlada por tensi}}{\acute {o}}{\mbox{n}}\\{\mbox{Controlada por intensidad}}\end{cases}}\end{cases}}\end{cases}}}$

Fuentes ideales

Figura 1: Símbolos de las fuentes ideales de tensión, a), e intensidad, b).

Las fuentes ideales son elementos utilizados en la teoría de circuitos para el análisis y la creación de modelos que permitan analizar el comportamiento de componentes electrónicos o circuitos reales. Pueden ser independientes, si sus magnitudes (tensión o corriente) son siempre constantes, o dependientes en el caso de que dependan de otra magnitud (tensión o corriente).

En este punto se tratarán las fuentes independientes, dejando las dependientes para el final. Sus símbolos pueden observarse en la figura 1. El signo + en la fuente de tensión, indica el polo positivo o ánodo siendo el extremo opuesto el cátodo y E el valor de su fuerza electromotriz (fem). En la fuente de intensidad, el sentido de la flecha indica el sentido de la corriente eléctrica e I su valor. A continuación se dan sus definiciones:

• Fuente de tensión ideal: aquella que genera una d. d. p. entre sus terminales constante e independiente de la carga que alimente. Si la resistencia de carga es infinita se dirá que la fuente está en circuito abierto, y si fuese cero estaríamos en un caso absurdo, ya que según su definición una fuente de tensión ideal no puede estar en cortocircuito.

• Fuente de intensidad ideal: aquella que proporciona una intensidad constante e independiente de la carga que alimente. Si la resistencia de carga es cero se dirá que la fuente está en cortocircuito, y si fuese infinita estaríamos en un caso absurdo, ya que según su definición una fuente de intensidad ideal no puede estar en circuito abierto.

Fuentes reales

Figura 2: símbolos de las fuentes reales de tensión, a), e intensidad, b).

A diferencia de las fuentes ideales, la diferencia de potencial que producen o la corriente que proporcionan las fuentes reales, depende de la carga a la que estén conectadas.

Fuentes de tensión

Una fuente de tensión real se puede considerar como una fuente de tensión ideal, en serie con una resistencia Rg, a la que se denomina resistencia interna de la fuente (figura 2). En circuito abierto, la tensión entre los bornes A y B (V_AB) es igual a Eg (V_AB=Eg), pero si entre los mencionados bornes se conecta una carga, RL, la tensión pasa a ser:

${\displaystyle V_{AB}={Eg*RL \over {RL+Rg}}}$

que como puede observarse depende de la carga conectada. En la práctica las cargas deberán ser mucho mayores que la resistencia interna de la fuente (al menos diez veces) para conseguir que el valor en sus bornes no difiera mucho del valor en circuito abierto.

La potencia que entrega o consume una fuente se determina multiplicando su fem o voltaje por la corriente que la atraviesa P = V I. Si esta corriente atraviesa a la fuente desde el terminal negativo hacia el positivo entonces diremos que la fuente entrega energía. Si dicha corriente atraviesa a la fuente desde el terminal positivo hacia el negativo entonces la fuente consume energía.

Como ejemplos de fuentes de tensión real podemos enumerar los siguientes:

• Batería
• Pila
• Fuente de alimentación
• Célula fotoeléctrica

Fuentes de intensidad

De modo similar al anterior, una fuente de corriente real se puede considerar como una fuente de intensidad ideal, Is, en paralelo con una resistencia, Rs, a la que se denomina resistencia interna de la fuente (figura 2b). En cortocircuito, la corriente que proporciona es igual a Is, pero si se conecta una carga, RL, la corriente proporcionada a la misma, ${\displaystyle I_{L}}$, pasa a ser:

${\displaystyle I_{L}=Is\cdot {Rs \over {RL+Rs}}}$

que como puede observarse depende de la carga conectada. En la práctica las cargas deberán ser mucho menores que la resistencia interna de la fuente (al menos diez veces) para conseguir que la corriente suministrada no difiera mucho del valor en cortocircuito.

La potencia se determina multiplicando su intensidad por la diferencia de potencial en sus bornes. Se considera positiva si el punto de mayor potencial está en el terminal de salida de la corriente y negativa en caso contrario.

Al contrario que la fuente de tensión real, la de intensidad no tiene una clara realidad física, utilizándose más como modelo matemático equivalente a determinados componentes o circuitos.

Rendimiento

Figura 3: Fuentes reales con carga, de tensión, a), e intensidad, b).

Una fuente real no puede entregar toda la potencia a la carga que alimente debido a su resistencia interna. En la fuente real de tensión de la figura 3a), la potencia total entregada viene dada por:

${\displaystyle P_{t}={Eg^{2} \over Rg+RL}}$

Parte de esta potencia se disipa en la resistencia interna Rg de la propia fuente, de manera que la potencia útil, ${\displaystyle \quad P_{u}}$, generada, esto es, la entregada a la carga RL será:

${\displaystyle P_{u}={Eg^{2} \over {(Rg+RL)^{2}}}RL}$

Se denomina rendimiento, ${\displaystyle \quad \eta }$, de la fuente a la relación entre esta potencia y la total:

${\displaystyle \eta ={P_{u} \over {P_{t}}}={RL \over {Rg+RL}}}$

De donde se deduce que el rendimiento será mayor cuanto menor sea la resistencia interna Rg respecto a RL.

Razonando de forma análoga con la fuente de intensidad real de la figura 3b), se obtendría:

${\displaystyle \eta ={P_{u} \over {P_{t}}}={Rs \over {Rs+RL}}}$

De donde se deduce que el rendimiento será mayor cuanto mayor sea la resistencia interna Rs respecto a RL.

En aquellos circuitos con varias fuentes, podría darse el caso que la corriente de alguno saliese por su cátodo, es decir, en sentido contrario a como debería crearla. En este caso la fuente no funciona como tal ya que está absorbiendo potencia, y por lo tanto no se puede hablar de su rendimiento.

Equivalencia

Se dice que dos fuentes reales, una de tensión y otra de intensidad, son equivalentes, cuando conectadas a la misma carga, RL, le suministran la misma corriente.

Para determinar qué condiciones deben cumplir dos fuentes reales, como las mostradas en la figura 3, para que sean equivalentes, se igualan las corrientes que circulan por RL en ambos circuitos:

${\displaystyle {Eg \over {RL+Rg}}=Is{Rs \over {RL+Rs}}}$

Operando matemáticamente:

${\displaystyle Eg\cdot RL+Eg\cdot Rs=Is\cdot Rs\cdot RL+Is\cdot Rs\cdot Rg}$

${\displaystyle Eg\cdot RL-Is\cdot Rs\cdot RL=Is\cdot Rs\cdot Rg-Eg\cdot Rs}$

${\displaystyle RL(Eg-Is\cdot Rs)=Rs(Is\cdot Rg-Eg)}$

Se llega a una ecuación del tipo ${\displaystyle \quad {\mbox{ax = y}}}$ que debe cumplirse para cualquier valor de a, es decir de RL/Rs, por lo que la única solución posible es ${\displaystyle \quad {\mbox{x = y = 0}}}$, esto es

${\displaystyle Eg-Is\cdot Rs=0\rightarrow Eg=Is\cdot Rs}$

${\displaystyle Is\cdot Rg-Eg=0\rightarrow Eg=Is\cdot Rg}$

lo que implica

${\displaystyle Eg=Is\cdot Rs}$ y ${\displaystyle \quad {\mbox{Rs = Rg}}}$

que son las condiciones de equivalencia.