Explicamos qué es un circuito en serie, sus características, cómo se hace y damos varios ejemplos
¿Qué es un circuito en serie?
En un circuito en serie cada elemento está conectado con el siguiente a través de un solo punto de conexión, de tal forma que la corriente solo dispone de un camino único para fluir.
Un circuito eléctrico contiene básicamente tres componentes: un generador de voltaje o de corriente, uno o varios elementos receptores (resistencias, capacitores, inductores, diodos y más) y alambres conductores para que la corriente pueda circular desde un elemento hasta el siguiente.
Adicionalmente se añade un elemento de control, generalmente un interruptor, que sirve para encender y apagar el circuito y un elemento de protección, tal como un fusible, que abre el circuito cuando la intensidad de la corriente es mayor a cierto valor estipulado, evitando daños a los componentes.
En un circuito en serie, el interruptor y el fusible pueden ubicarse en cualquier posición.
Características de un circuito en serie
-El camino que sigue la corriente a través del circuito es único y la intensidad de corriente en cada elemento es la misma.
-Los alambres que conectan a los elementos del circuito no ofrecen resistencia a la corriente.
-Si los receptores son resistencias, a mayor número de elementos conectados, menor es la intensidad de la corriente que sale de la batería. Ya que el voltaje del generador se reparte entre todas las resistencias, hay menor tensión en cada una de ellas.
-Los elementos del circuito en serie no son independientes. Ya que la corriente que pasa por ellos es la misma que sale de la batería, los elementos funcionan todos a la vez o no funciona ninguno.
-Como la corriente solamente es capaz de fluir en un camino cerrado, si uno de los elementos del circuito se daña, el circuito queda abierto y deja de funcionar.
Receptores y baterías en serie
En el análisis del circuito en serie, a veces es conveniente reducir los elementos semejantes a uno solo que produce el mismo efecto. Se trata del elemento equivalente.
Al conectar n resistencias Ri o inductores Li en serie, la resistencia equivalente Req y la inductancia equivalente Leq son, respectivamente:
En ambos casos, el elemento equivalente es mayor que cada uno de los elementos de la conexión en serie. En los inductores se supone despreciable el efecto de la inductancia mutua entre ellos, de lo contrario habría que añadir las correspondientes inductancias mutuas entre cada pareja de inductores conectados.
Si se trata de capacitores en serie, la capacitancia equivalente se calcula mediante la suma de los recíprocos o inversos de cada capacitancia individual. Seguidamente, la capacidad equivalente Ceq se calcula invirtiendo el resultado de la sumatoria realizada:
La capacitancia equivalente de una serie es menor que la capacitancia de los elementos participantes.
El gráfico muestra la conexión en serie de distintos elementos:
Las baterías también se pueden conectar en serie, como se muestra en la siguiente figura, al conectar el polo positivo de una con el negativo de la siguiente. El voltaje resultante es la suma de las tensiones de cada una.
¿Cómo hacer un circuito en serie?
Cuando se quiere diseñar el prototipo de un circuito en serie conviene usar una tableta conocida como proto board. Este consiste en un tablero plástico con pequeños orificios donde se conectan las terminales de cada elemento.
A su vez, estos orificios están interconectados por su cara inferior entre sí, con líneas de cobre dispuestas en hileras en dos grupos. Uno de ellos va a lo largo del tablero y el otro es transversal al mismo. Todos los puntos conectados a una misma hilera están al mismo potencial eléctrico.
Teniendo esto en cuenta, las terminales de los elementos se conectarán a los puntos que correspondan eléctricamente a los que aparecen en el esquema del circuito.
En la siguiente imagen se muestra el montaje sobre el proto board del circuito cuyo esquema está más arriba, en el apartado de las características.
Medida del voltaje o tensión
Una vez construido el circuito, se corrobora su funcionamiento midiendo los valores de la tensión (el voltaje) y la corriente en cada uno de sus elementos.
El voltaje se mide a través de un multímetro en modo de voltímetro DC o AC, si la fuente es de voltaje directo o alterno, respectivamente, y se conecta en paralelo con el elemento cuya tensión se quiere medir.
Medida de la corriente
Cuando se mide la corriente, el multímetro se coloca en el modo de amperímetro DC o AC, según si la corriente es directa o alterna respectivamente.
Luego se conecta en serie con alguno de los elementos del circuito, para lo cual hay que abrir este e insertar las puntas del aparato entre los dos puntos, de manera que la corriente atraviese el amperímetro.
Ejemplos de circuitos en serie
Algunos de los circuitos de uso más frecuente en electrónica son: el divisor de voltaje a base de resistencias, el circuito RC en serie y el circuito RLC en serie.
Divisor de tensión
El divisor tensión a base de resistencias es un circuito que consiste en dos (o más) resistencias colocadas en serie, por las que se hace circular una corriente.
Si el circuito consta de dos resistencias iguales, la caída de tensión es la misma cada una, e igual a la mitad del voltaje entre el inicio de la primera y el final de la segunda.
Por el contrario, si las dos resistencias son diferentes, la tensión en cada una es proporcional a las mismas.
En una resistencia dada, el voltaje es su valor en ohmios dividido entre la resistencia equivalente y multiplicado por la tensión aplicada a los extremos del conjunto.
Circuitos RC en serie
Se emplea generalmente en sistemas de audio, con la finalidad de separar las frecuencias altas de las frecuencias bajas. También se usa en las radios de amplitud modulada para separar la señal de sonido de la señal portadora de frecuencia, que es mucho mayor.
Como su nombre lo indica, este sencillo circuito consiste en una resistencia R seguida de un condensador C. La entrada de la resistencia y la salida del condensador se conectan a una señal eléctrica que puede contener muchas frecuencias.
A altas frecuencias, el capacitor o condensador tiende a comportarse como un corto circuito, mientras que a frecuencias bajas es como un circuito abierto. Debido a esta peculiaridad, las terminales a los extremos del capacitor dan una señal de baja frecuencia que, en el caso de audio, alimenta a los altavoces graves o bajos.
Circuito RLC en serie
Se trata de un circuito resonante, muy utilizado en las radios para sintonizar la emisora cuya frecuencia portadora semeja la frecuencia de resonancia del circuito. Esta se calcula como:
Donde ω es la frecuencia, L es la inductancia y C la capacitancia.
Variando el valor de la capacitancia con una perilla, es posible sintonizar cada una de las emisoras del espectro radioeléctrico.