Introducción al análisis
básico de circuitos
eléctricos: Conceptos
Circuito eléctrico
Es una colección de
elementos eléctricos
interconectados en
alguna forma
especıfica, estará
sujeto a una entrada
y producirá una
salida
Carga
eléctrica
La presencia mayoritaria de
protones o electrones da un
carácter eléctrico. La
interacción entre átomos no
neutros se manifiesta como
una fuerza denominada fuerza
eléctrica,
Corriente
eléctrica:
El propósito de un circuito eléctrico consiste en
mover o transferir cargas a lo largo de
trayectorias. Este movimiento de cargas
constituye una corriente eléctrica. La unidad
de la corriente es el amperio (A).
Tipos de corriente
eléctrica
corriente continua o
directa (DC)
Corriente alterna
(AC)
Corriente
exponencial
corriente en
dientes de sierra
Fuerza electromotriz
Las cargas de un conductor metálico se
mueven de manera aleatoria, si queremos
un movimiento ordenado, debemos aplicar
una fuerza externa (electro motriz)
Voltaje
Es el trabajo realizado para mover
una carga unitaria a través del
elemento de una terminal a la
otra. La unidad es el voltio (V).
Energía
Al transferir carga a través
de un elemento, se efectúa
trabajo, estamos
suministrando energía.
Potencia
La unidad fundamental de la
potencia es el vatio (W) y se define
como la energía consumida o
trabajo producido por unidad de
tiempo p = vi = Ri*2 =V*2/R
Elementos electricos
Activo
Un elemento es activo cuando
no es pasivo. (generadores,
baterıas y dispositivos
electronicos que requieren
fuentes de alimentacion.)
pasivo
Un elemento electrico es pasivo si
este no puede suministrar mas
energıa que la que tenıa, (resistores
(R), capacitores (C) e inductores (L))
Fuente de voltaje
independiente o voltaje ideal.
Es un elemento de dos terminales (batería
o generador), que mantienen un voltaje
especıfico entre sus terminales a pesar del
resto del circuito que está conectado a él
Fuente de corriente
independiente
Es un elemento de dos terminales a
través de la cual fluye una corriente
específica. Se conoce también como
fuente de corriente ideal.
Circuitos
resistivos
Resistencia
Cualquier dispositivo que posee una
resistencia eléctrica, impide o
dificulta en mayor o menor medida
el movimiento de electrones. La
unidad de la resistencia es el ohmio
Ley de Ohm
Postula que el voltaje a traves de una
resistencia es directamente proporcional a la
corriente que pasa por la resistencia. V = Ri
Tipos de
resistencias
Bobinadas
Su valor resistivo se obtiene basándose
en una cierta longitud y sección de hilo
de determinado material, dicho hilo se
monta en forma arrollada
Carbón
Son aquellas que normalmente se usan
en electrónica. Su valor resistivo se
obtiene por medio de polvo de carbón
mezclado con aglomerante
Película
son resistencias de mayor precisión y
se utilizan en circuitos electrónicos de
alta precisión su valor se obtiene
actuando sobre dimensiones y tipo del
material de una película de material
aplicada sobre una varilla
Código de colores
El valor óhmico de las resistencias
usadas en electrónica se presenta
por un código de colores. Excepto
las resistencias de potencia,
Consiste en unas bandas de
colores alrededor de la resistencia
Otros
dispositivos
fusibles
elementos conductores que
son dispositivos de
protección frente a
sobrecargas (cortocircuitos)
Potenciómetros
son resistencias cuyo valor se
puede hacer variar por medio
de un eje resistencia variable
Partes del
circuito
eléctrico
Nodo:
un punto de
conexión de dos
o más elementos
de circuitos
Rama:
sección que
une a un
elemento a dos
nodos
Malla
conjunto de rama
que describen una
trayectoria
cerrada
Leyes de
Kirchhoff
Ley de
corriente
La suma de las
corrientes que entran
por cualquier nodo son 0
Ley de
voltajes
la suma de los
voltajes a lo largo de
cualquier trayectoria
cerrada es 0
Corto
circuito:
Es una resistencia de
cero ohms, es un
conductor perfecto capaz
de llevar cualquier
cantidad de corriente sin
sufrir una caıda de
voltaje.
Circuito
abierto:
Es una resistencia
de conductancia
cero, una
resistencia infinita
o un cable roto
Subcircuitos
equivalentes
Es una parte de un
circuito que contiene
un número de
elementos
interconectados pero
solo dos terminales
accesibles
Series
equivalentes serie
Dos elementos contiguos
se dicen que están
conectados en serie si en
su parte de nodo común
no tiene otras corrientes
que entren en él.
Resistencias
en serie
Fuentes de
voltaje en
serie
Fuentes de
intensidad en
serie
Equivalentes
en paralelo
Dos elementos estan conectados
en paralelo si forman una malla
sin contener otros elementos.
tienen el mismo voltaje que pasa
por ellos.
Resistencias
paralelo
Fuentes de
intensidad
paralelo
Fuentes de
voltaje paralelo
Thevenin
y Norton
Teorema
de
Thevenin
Una red lineal activa
con resistencias que
contenga una o mas
fuentes de voltaje o
corriente puede
reemplazarse por una
unica fuente de voltaje
y una resistencia en
serie
Teorema
Norton
Una red lineal activa
con resistencias que
contenga una o mas
fuentes de voltaje o
corriente puede
reemplazarse por una
única fuente de
corriente con una
resistencia en
paralelo.
Análisis de
circuitos
Principio de
Proporcionalidad
Esto es, si x e y son variables de
circuito asociadas con un elemento
de dos terminales, entonces
diremos que el elemento es lineal si
multiplicar x por una variable K es
igual a la multiplicación de y por la
misma constante K. Este principio
solo en circuitos lineales.
Principio de
Superposición
Un circuito lineal que contiene
varias fuentes independientes es
la suma de las respuestas a cada
fuente individual, eliminando
las otras fuentes. En general,
este principio solo es válido para
circuitos lineales.
Método de
Mallas
El análisis de malla consiste
en escribir las ecuaciones
LVK alrededor de cada
malla en el circuito,
utilizando como incógnita
las corrientes de malla.
Método de
Nodos
Es un método general de
análisis de circuitos en
donde los voltajes son las
incógnitas que deben
obtenerse. En general, una
elección conveniente para
el voltaje es el conjunto de
voltajes de nodo. Puesto que
un voltaje se define como el
existente entre dos nodos,
es conveniente seleccionar
el nodo en la red que sea
nodo de referencia, y luego
asociar un voltaje a cada uno
de los demás nodos.
Circuitos eléctricos de
corriente alterna
Corriente alterna
Llamamos corriente alterna a aquella
corriente cuya intensidad es una
función sinusoidal del tiempo, una
corriente que periódicamente
cambia de dirección y sentido. Esta
puede transformarse fácilmente y
reduce los costos de transporte y
permite disponer diferentes valores
de tensión
Características básicas
de las ondas sinusoidales
1. Ciclo 2. Amplitud 3. Periodo
4. Frecuencia 5. Velocidad
angular 6. Desfase de onda
7. Tensión instantánea
8. Tensión de pico 9. Tensión de
pico a pico 10. Tensión media
11. Tensión eficaz
Condensador
Dispositivo que sirve para almacenar
carga y energía. Constituido por dos
conductores aislados uno de otro,
que poseen cargas iguales y
opuestas, capacidad de almacenar
carga bajo determinadas
condiciones de diferencia de
potencial
Tipos de condensadores
cilindrico
esferico
de placas
plano
paralelas
Bobina
Sistema formado por N espiras o
vueltas, donde las dimensiones de la
espira son generalmente despreciables
frente a su longitud. Existe relación
entre el flujo que atraviesa dicho
sistema debido al paso de corriente y la
propia corriente
Notación
fasoríal
Un fasor es un vector que gira en dirección
contraria a las manecillas del reloj, cuyo
modulo es la amplitud de la curva
cosenoidal, el ángulo fasor es la diferencia
de fase y ´este se mueve con velocidad
angular constante (rd/seg).
Impedancia
La razón entre V e I se define como
impedancia Z. Las unidades de la
impedancia en el S.I. son el ohmio
(Ω). Teniendo en cuenta la notación
rectangular
Diagrama de impedancia
Una impedancia se representa como un
complejo, el eje horizontal corresponde a los
términos resistivos y el eje vertical se representa
los términos de reactancia inductiva
Admitancia
La admitancia se define como la
recıproca de la impedancia, Y = Z −1
, con unidades de siemens (S).
Diagrama de admitancia
Una admitancia se representa como un
complejo, el eje horizontal corresponde a
los términos conductivos y el eje vertical se
representa los términos de susceptancia
capacitiva
Respuesta a la frecuencia y resonancia en
circuitos eléctricos
Respuesta a la frecuencia
Por respuesta a la frecuencia de una red o circuito se
entiende su comportamiento sobre un intervalo de
frecuencias
Redes de 2
puertas
Una red de dos puertas es aquella que
presenta dos pares de terminales, una
entrada y la otra salida. En la primera estan
definidos un voltaje V1 y una corriente I1
mientras que en la segunda terminal estan
definidos un voltaje V2 y una corriente I2.
Filtros: Redes de
pasa altas, de pasa
bajas y pasa banda:
Si |HV | disminuye conforme aumenta la frecuencia, el
comportamiento se llama caída de impedancia a alta
frecuencia y el circuito es una red de tipo paso bajo. Si
|HV | disminuye cuando disminuye la frecuencia
estamos en el caso de una red pasa baja, tenemos una
caída de impedancia a baja frecuencia. Sistemas que
presentan un comportamiento mixto de las dos
anteriores, solo en un rango de frecuencias |HV | toma
valores considerables.
Frecuencia de
potencia media
Se denomina frecuencia de
potencia media a la frecuencia
la cual |HV | = 0,707 |HV |max
De manera muy general,
cualquier función de red no
constante H(w) alcanzara su
valor absoluto más grande en
alguna frecuencia única Wx.
Circuitos
resonantes
El fenómeno de resonancia en una
red eléctrica, esta originado por la
presencia de elementos de
bobinas y de condensadores. La
reactancia inductiva aumenta si la
frecuencia aumenta, la reactancia
capacitiva disminuye si la
frecuencia aumenta. Este
comportamiento permite
neutralizar a una frecuencia
determinada las reactancias
inductivas y capacitivas
conectadas