Si vienes de leer el artículo anterior de la serie, es posible que pienses que todavía no has empezado a aprender electrónica. No te preocupes, porque esa sensación se te va a ir ahora mismo. En esta segunda parte vamos a entender qué es un circuito eléctrico y cómo se representa. Si es tu primer contacto con la electrónica te recomiendo que vayas antes al artículo previo.

Circuitos eléctricos

El concepto de circuito es muy simple. Es cualquier asociación de componentes por los que una corriente fluye (o puede fluir) en un lazo cerrado. Es una frase un poco abstracta, así que vamos a partirla en trozos un poco. Empecemos: asociación de componentes. En electrónica se usan componentes que realizan diferentes funciones. Los nombres seguro que te suenan: resistor, condensador, inductor, transistor, diodo… Hay de varios tipos y los veremos en detalle en el futuro. Si conectamos dos o más componentes, tenemos una red de componentes. Fíjate que he escrito red de componentes, y no circuito eléctrico. El motivo es que un conjunto de componentes conectados no cumple la definición. La segunda parte de la definición de circuito es clave: por los que una corriente fluye en un lazo cerrado. Por tanto, una red de componentes solo será un circuito si los componentes de la red se asocian de manera que permitan que la corriente fluya. Y, ¿de qué manera se tienen que asociar para que fluya una corriente? Pues de manera que formen un lazo cerrado. Es decir, la corriente tiene que salir de un punto y, pasando a través de los elementos del circuito, poder volver a ese punto. Si esto no es posible, la corriente no fluirá (salvo que metamos campos electromagnéticos de por medio 🤪, cosa que no vamos a hacer).

Vamos a dejarnos de conceptos e ir a ejemplos. Uno de los circuitos más simples que usas todos los días es el formado por enchufe-interruptor-bombilla. La corriente sale del enchufe, pasa por el interruptor si está en posición “ON”, después pasa por la bombilla y vuelve al enchufe. Hay un camino de ida y otro de vuelta. La corriente que sale del enchufe y la que vuelve es la misma.  

Si has entendido bien lo que hemos comentado, algo tiene que chirriarte por dentro. Hemos dicho que la corriente sale y vuelve al enchufe, y también hemos dicho que la corriente fluye en lazos cerrados. Entonces, cabe preguntarse, ¿De dónde ha salido la corriente del enchufe? ¿Ha estado siempre en ese circuito dando vueltas? ¿La ha traído un mago? Hay dos ideas importantes que salen de esta situación. Vamos a verlas.

La primera idea consiste en que podemos tener circuitos eléctricos dentro de circuitos. Nuestro circuito ejemplo de la lámpara, forma parte de un circuito mucho mayor que implica a la red eléctrica del edificio en el que está la lámpara, la red de distribución local, las estaciones transformadoras, red de larga distancia… Y así hasta llegar a la planta generadora de electricidad. Si lo miramos desde lejos, la corriente hace un “viaje” enorme para encender la lámpara. Sin embargo, todo eso nos da igual para analizar el circuito interruptor-lámpara. Y, precisamente, esta es la segunda idea. En circuitos eléctricos, es común reemplazar un conjunto de elementos por un “resumen” o una versión ficticia de ellos.  De hecho, lo que hemos hecho nosotros es considerar que el enchufe es una cosa mágica (o una batería) de la que sale corriente. Al hacer esta peripecia mental, nos podemos olvidar de todo el resto de elementos del “circuito grande” y trabajar con muchos menos elementos. Esto es muy habitual al trabajar con circuitos.

Ya tienes unas buenas nociones de lo que es un circuito, pero antes de pasar a otras cosas, vamos a ver qué pinta tienen los circuitos habituales con los que trabajan la mayoría de electrónicos. Lo más habitual es colocar los componentes y asociarlos entre ellos en una superficie plana. En entornos profesionales se usan PCBs (printed circuit board), que son unas “tarjetas” hechas de fibra de vidrio en la que se sueldan los componentes. Los componentes se conectan mediante pistas o trazas de cobre. La ventaja de usar PCBs es que son fiables y son muy baratas cuando se hacen muchas unidades. En entornos “hobby” o caseros, se suelen usar protoboards. Un protoboard es una PCB que tiene una serie de conexiones (siempre las mismas) hechas de fábrica. La PCB de la protoboard después se cubre con un plástico con agujeros sobre los que los componentes se pueden pinchar. Esto permite montar un circuito de manera muy sencilla, pues no es necesario soldar los componentes. Lo malo es que no se pueden montar circuitos muy grandes y el resultado es siempre un poco chapucero. Una tercera posibilidad, que tiene uso tanto a nivel hobby como para prototipos en entornos profesionales, es el stripboard. Se trata de una tarjeta perforada con pistas de cobre ya tiradas. Estas se pueden cortar fácilmente para hacer circuitos a base de “quitar lo que sobra”.

Si miras la imagen previa, puedes ver que los componentes se unen entre ellos de maneras completamente diferentes, pues en unos casos se usan pistas y en otros cables. Un mismo circuito se puede montar en cualquier medio físico (con la suficiente paciencia 😄). En las imágenes superiores has visto una representación física de cómo se unen componentes. Sin embargo, viendo las imágenes no queda muy claro lo que está pasando. Haz un salto al futuro e imagina que ya sabes un huevo de electrónica y quieres explicarle a alguien cómo es tu circuito en un papel. ¿Cómo le das la información? ¿Dibujas algo parecido a lo de arriba? ¿Se lo describes? Es lo que vamos a ver a continuación.

Diagramas de circuitos

Antes de ver cómo son los diagramas de circuitos, tenemos que hacer una pequeña reflexión sobre la topología. ¿TopoloQUÉééÉ? En contexto de electrónica, topología se refiere a cuáles son las relaciones de unos componentes con otros, desde un punto de vista lógico, y no físico. Es decir, qué componentes se conectan con otros. Vamos a ejemplificarlo primero con algo que seguro te es familiar. Echa un ojo a la siguiente imagen:

A la derecha, hay un mapa de Barcelona en el que se ha superpuesto el recorrido real de las líneas de metro y se han marcado las estaciones y paradas. A la izquierda, hay un diagrama topológico de las líneas y estaciones. ¿Cuál es la información que nos da el diagrama de la izquierda? No es la ubicación real de las estaciones, sino la relación que guardan unas estaciones con otras. La red de metro descrita según la imagen de la izquierda se podría haber implementado de muchas otras maneras (los trenes podrían pasar por otras calles, por ejemplo) sin que eso afectase a los usuarios siempre y cuando se mantenga la posición de las paradas y los posibles transbordos de línea en ellas. Estas ideas las vamos a usar al hacer diagramas de circuitos. Ya es el momento.

AAAaaantes de empezar, importante. Si quieres aprender electrónica tienes que entender y saber dibujar bien los diagramas de circuitos. No vale que vayas por atajos, o te guíes por representaciones simplificadas. Créeme, no vas a llegar lejos por esos caminos. Hago esta mención porque en internet es muy común encontrar tutoriales con representaciones físicas de circuitos. Dicho esto, vamos a por ello. Y, por cierto, a los diagramas de circuitos se les suele llamar “esquemas” o “esquemáticos”.

¿Recuerdas el circuito enchufe-bombilla que hemos visto hace un rato? Vamos a verlo dibujado en diagrama de circuito:

Bueno, ¿Cómo te quedas? No tiene mucha miga realmente el tema. En este diagrama se representan los mismos elementos que habíamos visto antes, esto es: el enchufe, representado por una fuente de tensión, el cable, representado por unas líneas negras, y la bombilla, representado por ese símbolo raro. Este diagrama únicamente nos da información de los puntos de conexión de los dos elementos del circuito (enchufe y bombilla) y no dice nada acerca de la forma física del circuito. Ojo, que esto es importantísimo. Da igual cómo dibujemos el “cable”, que no representa a un “cable” si no a una conexión. El trazo negro entre la fuente de tensión y la bombilla es, en realidad, un único punto del espacio. Antes de pasar a algo más complejo, tienes que meditar qué hace la corriente en este circuito. Si te fijas bien en las conexiones de los cables, verás que el circuito está cerrado, cosa que es condición indispensable para que haya corriente. La corriente sale del enchufe, pasa por la bombilla y vuelve. Mientras el circuito esté cerrado, la corriente irá dando vueltas y eso hará que la bombilla dé luz. Hay algunas preguntas clave: ¿Cuánta corriente circula? ¿Qué voltaje hace falta? Paciencia. Son preguntas muy importantes, pero no vamos a reflexionar sobre ellas todavía. Antes de eso, vamos a ver algunos circuitos más, solo para asegurar que nos estamos entendiendo.

Asociaciones paralelo y serie

Ale, ¡Ahora tienes dos bombillas iguales! Y no solo eso, sino que están las dos conectadas al enchufe. ¿Cómo se hace para conectarlas al enchufe? ¡Nos da igual! No es lo que pretende mostrar el diagrama. Vamos a ver cosas interesantes de este circuito. Lo primero de todo es darse cuenta de que dos bombillas podrían iluminar el doble que una. Pero fíjate que lo he dicho en condicional. Para que eso pase, hace falta el doble de corriente. Si estás al día con las facturas de la luz, eso no debería ser un impedimento. La corriente circula por el circuito, pero ahora lo hace de un modo más complejo que antes. Fíjate que se tiene que dividir entre las dos bombillas y después volverse a juntar. Decíamos que las dos bombillas están conectadas al enchufe, representado en el diagrama como una fuente de tensión. A esta manera de conectar las cosas, se le llama asociación en paralelo. Dicho de otra manera, cuando dos o más elementos comparten tensión, están en paralelo. Haz un check mental para ver si lo entiendes: piensa en cosas cotidianas que estén conectadas en paralelo. ¿Has pensado ya? Pues no te debería haber costado mucho, porque casi todo en tu casa está conectado en paralelo. Tu casa es un gran circuito. Al enchufar cosas a los enchufes, lo que haces es añadir elementos en paralelo a otros ya conectados (¡Aunque estén conectados en la otra punta de la casa!).

¿De qué otra manera podríamos conectar las bombillas? Pues en serie. La asociación serie es otro modo de hacer conexiones. En este caso, decimos que dos o más elementos están en serie si la corriente que pasa por ellos es la misma. ¿De qué manera podemos hacer esa conexión? Lo vemos en el siguiente diagrama:

Ahora no tenemos las dos bombillas conectadas al enchufe. Cada una de las dos tiene un lado conectado al enchufe, y el otro lado conectado con la otra bombilla. Al contrario que en el caso previo, la corriente no se tiene que dividir entre las bombillas, si no que pasa primero por una y después por la otra. Lo que se divide en este caso es la tensión. En cada bombilla cae la mitad de tensión. El concepto de voltaje (tensión) es más complejo que el de corriente, así que más adelante nos detendremos un poco en él.

En los dos últimos circuitos hemos asumido que las bombillas son iguales y, por tanto, brillan igual. El brillo de una bombilla depende de la tensión que hay entre los bornes y la corriente que pasa por ella (a más tensión, más corriente, esto lo veremos más adelante). En los circuitos serie y paralelo, las bombillas van a brillar por igual siempre que podamos dar a cada bombilla la tensión y corriente que necesita. Cuando vas conectando bombillas en paralelo, “automáticamente” sale más corriente del enchufe. Si las conectas en serie, eso no pasa. La razón es que hemos dicho que, en la asociación serie, la tensión se divide entre las bombillas. Dado que la tensión del enchufe es fija, eso significa que cada bombilla tendrá la mitad de tensión de la que “querría” tener, y brillará la mitad. El hecho que la tensión del enchufe sea fija es así por motivos prácticos, pero no hay ninguna limitación física que lo imponga. Si pudieses duplicar la tensión del enchufe, entonces las bombillas brillarían igual conectadas en paralelo y en serie.  Este último párrafo igual se hace un poco más difícil de digerir, pero no pasa nada porque repasaremos este tema al hablar de la Ley de Ohm pronto. Sin embargo, antes de eso, vamos a hablar de circuitos abiertos y cortocircuitos.

Circuitos abiertos y cortocircuitos.

Una de las cosas no deseables, pero frecuentes, en electrónica es que, de manera inesperada, sale humo de tu equipo al tiempo que te entran nervios y te cag$F^* en todos lo %=!os mu%|&/Fs. En resumen, que se te rompe lo que intentabas hacer. La causa más habitual son los cortocircuitos. Un cortocircuito es, simplemente, la unión de dos puntos del circuito por un camino de baja resistencia. ¡Cuidado! Aún no sabemos qué es la resistencia, así que, de momento piensa que baja resistencia = mucha corriente. Un cortocircuito provoca que la corriente no vaya por el camino que habías planeado, sino por otro diferente. Eso suele acabar en algo quemado.

Otra circunstancia habitual es tener un circuito abierto. Esto sucede cuando la corriente no tiene un camino para retornar a su punto de origen. Recuerda que hemos visto ya que la corriente solo puede existir en circuitos cerrados. Al no haber corriente, nada de lo que pretendías hacer con el circuito pasará. Vamos a ver dos ejemplos usando los circuitos anteriores para que pongas a prueba tu intuición.

Volvemos a ver los diagramas previos, pero ahora tienen unas variantes. El circuito de la izquierda ha sufrido un cortocircuito en la primera bombilla. ¿Cuál es el efecto de esto? Vamos a pensar como electrónicos. La bombilla número 1 y el cortocircuito están en paralelo, ¿Verdad? La corriente se tiene que repartir entre la conexión roja y la bombilla. Dado que el cortocircuito tiene una resistencia muchísimo más baja que la bombilla, casi toda la corriente irá por él, y prácticamente nada por la bombilla. Entonces, la bombilla no va a brillar. ¿Se romperá la bombilla 1? No debería, pues no circula corriente por ella. Y, ¿Qué pasa con la bombilla 2? Si recuerdas lo que hemos visto en la asociación serie, verás que hemos dicho que las dos bombillas se repartían a mitades la tensión del enchufe. Ahora, al estar la bombilla 1 cortocircuitada, toda la tensión del enchufe es para la bombilla 2. Es como si, efectivamente, hubiésemos conectado solo la bombilla 2 al enchufe. Si la bombilla 2 no estuviese diseñada para aguantar toda la tensión del enchufe, se habría fundido por sobretensión.

Ya solo nos queda preguntarnos qué pasa con el enchufe. Recapitulemos: el enchufe lo representamos cómo una fuente. De la fuente sale una corriente que depende de lo que esté conectado a la fuente. Hasta aquí, todo bastante familiar, ¿No? Es decir, si a un enchufe de casa conectas unas luces de Navidad o un microondas, la corriente que sale del enchufe es diferente, obviamente. Y, eso, ¿Por qué es? El motivo real es complejo de coj**%F$, pero lo podemos simplificar diciendo que el microondas tiene una resistencia más baja que las luces de navidad. Resistencia baja, más corriente, fácil. Volvamos al cortocircuito. El enchufe (la fuente) estaba dando una corriente que llamaremos “X”, no importa el número ahora. Esa corriente depende de lo que tiene enchufado, que eran, originalmente, dos bombillas en serie. Cada bombilla tiene una determinada resistencia, tampoco nos importa el número, pero sí que las dos son iguales. Cuando se cortocircuita la primera bombilla, la resistencia total se reduce a la mitad. Entonces, la corriente que sale del enchufe, se duplica. Esto podría romper la fuente, o hacer saltar algún circuito de protección. Todo lo que hemos dicho se puede resumir en un concepto que no debes olvidar:

• Cualquier cosa, en paralelo con un cortocircuito, es como si no existiese. Lo puedes borrar directamente. Por tanto, el circuito previo es como si se compusiese solo de la fuente y la bombilla 2.

Vamos con la imagen de la derecha. Ves que he borrado parte de la conexión entre la bombilla 2 y la fuente. El circuito, por tanto, ya no está cerrado, o lo que es lo mismo, es un circuito abierto. Ya sabes lo que pasa con la corriente en este estado: que no hay. Entonces, si no hay corriente, ¿Qué hace el circuito? Pues no hace nada. Lo que nos lleva a la segunda cosa que debes recordar:

• Cualquier cosa en serie con un circuito abierto, es como si no estuviese. En nuestro ejemplo, nos quedaríamos sin circuito entero.

Bueno, esto puede haberte parecido un tanto rebuscado, sin embargo, son razonamientos que se usan a diario al trabajar en el mundo de la electrónica. Si algo no está claro, deja un comentario con tus dudas, o ayuda a otros usuarios con las suyas.

El siguiente paso que vamos a dar es cuantificar lo que hemos explicado en este apartado, y darle un poco más de rigor a algunos conceptos (tampoco mucho, nunca he sido fan del rigor). Hablaremos de la Ley de Ohm en la siguiente parte.