Caída de voltaje

En electrónica, la caída de voltaje es la disminución del potencial eléctrico a lo largo del camino de una corriente que fluye en un circuito. Las caídas de voltaje en la resistencia interna de la fuente, entre conductores, contactos y conectores no son deseables porque parte de la energía suministrada se disipa. La caída de voltaje en la carga es proporcional a la potencia disponible para convertir en esa carga en alguna otra forma útil de energía.

Por ejemplo, un calentador eléctrico puede tener una resistencia de diez ohmios, y los cables que lo alimentan pueden tener una resistencia de 0,2 ohmios, aproximadamente el 2% de la resistencia total del circuito. Esto significa que aproximadamente el 2% del voltaje suministrado se pierde en el propio cable. Una caída excesiva de voltaje puede provocar un rendimiento insatisfactorio de un calentador y un sobrecalentamiento de los cables y las conexiones.

Los códigos eléctricos nacionales y locales pueden establecer pautas para la caída de voltaje máxima permitida en el cableado eléctrico para garantizar la eficiencia de la distribución y el funcionamiento adecuado del equipo eléctrico. La caída de tensión máxima permitida varía de un país a otro. En el diseño electrónico y la transmisión de energía, se emplean diversas técnicas para compensar el efecto de la caída de voltaje en circuitos largos o donde los niveles de voltaje deben mantenerse con precisión. La forma más sencilla de reducir la caída de voltaje es aumentar el diámetro del conductor entre la fuente y la carga, lo que reduce la resistencia general. En los sistemas de distribución de energía, se puede transmitir una cantidad determinada de energía con menos caída de voltaje si se utiliza un voltaje más alto. Técnicas más sofisticadas utilizan elementos activos para compensar la caída excesiva de voltaje.

Caída de tensión CC resistiva

La ley de Ohm se puede utilizar para determinar la caída de voltaje de CC multiplicando la corriente por la resistencia: V = I R. Además, las leyes de circuitos de Kirchhoff establecen que en cualquier circuito de CC, la suma de las caídas de voltaje en cada componente del circuito es igual al voltaje de suministro.

Considere un circuito de corriente continua con una fuente de CC de nueve voltios; tres resistencias de 67 ohmios, 100 ohmios y 470 ohmios; y una bombilla, todos conectados en serie. La fuente de CC, los conductores (cables), las resistencias y la bombilla (la carga) tienen resistencia; todos usan y disipan la energía suministrada hasta cierto punto. Sus características físicas determinan cuánta energía. Por ejemplo, la resistencia CC de un conductor depende de la longitud del conductor, el área de la sección transversal, el tipo de material y la temperatura.

Si se mide el voltaje entre la fuente de CC y la primera resistencia (67 ohmios), el potencial de voltaje en la primera resistencia será ligeramente inferior a nueve voltios. La corriente pasa a través del conductor (cable) desde la fuente de CC hasta la primera resistencia; cuando esto ocurre, parte de la energía suministrada se “pierde”; (no disponible para la carga), debido a la resistencia del conductor. La caída de voltaje existe tanto en los cables de suministro como en los de retorno de un circuito. Si se mide la caída de voltaje en cada resistencia, la medición será un número significativo. Eso representa la energía utilizada por la resistencia. Cuanto mayor sea la resistencia, más energía utilizará y mayor será la caída de voltaje a través de esa resistencia.

Caída de tensión CA reactiva

Los voltajes CA tienen además un segundo tipo de oposición al flujo de corriente: la reactancia. La suma de resistencia y reactancia se llama impedancia.

La impedancia eléctrica es comúnmente representada por la variable Z y medido en ohmios a una frecuencia específica. La impedancia eléctrica se calcula como la suma vectorial de resistencia eléctrica, reacción capacitiva y reacción inductiva.

La cantidad de impedancia en un circuito de corriente alterna depende de la frecuencia de la corriente alterna y de la permeabilidad magnética de los conductores eléctricos y de los elementos aislados eléctricamente (incluidos los elementos circundantes), que varía según su tamaño y espaciado.

De manera análoga a la ley de Ohm para circuitos de corriente continua, la impedancia eléctrica se puede expresar mediante la fórmula E = I Z. Entonces, la caída de voltaje en un circuito de CA es el producto de la corriente por la impedancia del circuito.

Voltaje de marea baja

Las uniones de P-n en diodos y transistores experimentan una caída de tensión característica cuando se habla hacia adelante (ver tensión de umbral Diode § Forward para varios semiconductores para una lista de valores). La energía se disipa a través de fotones, que para el caso de diodos emisores de luz se emiten y visibles.