Los ingenieros eléctricos utilizan la electricidad para realizar tareas útiles mediante el diseño de circuitos en los que los voltajes y las corrientes son controlados, modificados y utilizados por una variedad de diferentes componentes. Estas tensiones y corrientes, sin embargo, representan energía: un circuito es un sistema energético en el que la tensión funciona como energía potencial y la corriente es similar a la energía cinética. Los componentes que incorporamos a los circuitos eléctricos no pueden controlar y utilizar la energía eléctrica a menos que algo esté también generando energía eléctrica, y por eso los circuitos tienen fuentes de tensión y fuentes de corriente. Llamamos a estos elementos fuentes porque suministran a un circuito la energía eléctrica que se requiere para su correcto funcionamiento.
Características de las fuentes de tensión
Una fuente de tensión genera una diferencia de potencial entre sus dos terminales. Cuando estos dos terminales se unen a una red de componentes interconectados que forman un camino conductor continuo, la corriente fluye.
Los circuitos eléctricos simples suelen consistir en una fuente de tensión conectada a unos pocos componentes. En estas situaciones, el terminal negativo de la fuente se interpreta como el nodo de referencia de cero voltios y, en consecuencia, el nodo conectado al terminal positivo de la fuente tendrá una tensión igual al valor de la fuente.
Sin embargo, es importante tener en cuenta que las fuentes de tensión pueden ocupar varias posiciones dentro de una red eléctrica, y en consecuencia, el terminal negativo no siempre estará a 0 V. Por ejemplo:
Así, el valor de la fuente no siempre indica la tensión en el terminal positivo; más bien, el valor de la fuente indica la diferencia de tensión entre el terminal negativo de la fuente y el terminal positivo de la misma.
Unidades
El valor de una fuente de tensión es la diferencia de potencial generada entre los dos terminales de la fuente y, por consiguiente, el valor se indica en voltios. Un voltio equivale a un julio por culombio. Por tanto, la tensión indica la cantidad de energía potencial por culombio de carga eléctrica. Para poner esto en términos prácticos, si una fuente de 5 V y una fuente de 10 V están conectadas a dos circuitos idénticos, la fuente de 10 V impulsa la carga eléctrica con el doble de energía y, en consecuencia, producirá el doble de corriente.
Fuentes de tensión ideales
Cuando aparece el símbolo de una fuente de tensión en un esquema, representa una fuente de tensión ideal. Por «ideal» queremos decir que la tensión generada por la fuente nunca fluctúa y no se ve afectada por la cantidad de corriente que consume el circuito. Las fuentes de tensión de la vida real nunca son ideales.
A menudo, esta diferencia entre la teoría y la realidad no tiene un efecto significativo en el funcionamiento del circuito y, por lo tanto, puede ser ignorada. Sin embargo, a veces tenemos que introducir elementos de circuito adicionales para tener en cuenta las características no ideales de las fuentes de tensión de la vida real.
Características de las fuentes de corriente
Una fuente de corriente establece una cantidad específica de corriente eléctrica en una parte de un circuito. El valor de la fuente de corriente es la magnitud del flujo de corriente creado por la fuente, y el símbolo incluye una flecha para indicar la dirección de la corriente.
Cuando ves una fuente de corriente en un diagrama de circuito, sabes que el camino conductor conectado a la fuente de corriente tendrá un flujo de corriente igual al valor de la fuente. Si este camino se separa en múltiples ramas, como se muestra en el siguiente diagrama, necesitas realizar un análisis del circuito para determinar la proporción de la corriente de la fuente que se entrega a cada rama.
Unidades
El valor de una fuente de corriente se reporta en amperios. Esta unidad nos indica la velocidad a la que fluye la carga eléctrica a través de un punto determinado de un circuito. Si medimos una corriente de un amperio, sabemos que un culombio de carga pasa por cualquier punto de la rama medida cada segundo.
Fuentes de corriente ideales
Una fuente de corriente ideal siempre genera su corriente nominal exacta y no se ve afectada por las características del circuito al que está conectada. Las fuentes de corriente de la vida real, al igual que las fuentes de tensión de la vida real, no son ideales y deben ser representadas por una fuente ideal junto con al menos un componente adicional.
Ejemplos de fuentes de tensión y corriente
Cuando analizamos y diseñamos circuitos básicos, vemos fuentes de tensión con mucha más frecuencia que fuentes de corriente porque los sistemas electrónicos suelen estar alimentados por baterías o fuentes de alimentación de corriente continua regulada, y ambas funcionan como fuentes de tensión.
No solemos ver las fuentes de corriente como el principal proveedor de energía eléctrica de un circuito. Son más bien un medio para captar el comportamiento de los componentes del circuito, como los diodos y transistores sensibles a la luz. Una excepción a esto es la célula fotovoltaica, que se modela como una fuente de corriente (junto con algunos otros componentes) y puede funcionar como la principal fuente de energía para un circuito alimentado por energía solar.
Conclusión
Esta breve discusión de las fuentes de voltaje y corriente le ha dado alguna información básica sobre estos dos medios fundamentales de introducir energía eléctrica en un circuito. En futuros videotutoriales veremos la diferencia entre fuentes dependientes y fuentes independientes y la relación entre fuentes de tensión de corriente alterna (CA) y fuentes de tensión de corriente continua (CC).