CIRCUITOS ELÉCTRICOSOBJETIVO GENERAL

Resolver y diseñar circuitos eléctricos básicos empleando sus leyes y principios fundamentales, generando una actitud reflexiva, analítica, creativa y ordenada que permita proyectar la asignatura en los sistemas de medición y procesamiento de señales biomédicas.

METODOLOGÍA

• Clases magistrales• Laboratorios• Análisis• Diseño• Simulación

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS

CONTENIDO

• Leyes y técnicas para el análisis de circuitos

• Análisis en el dominio del tiempo

• Análisis en el dominio de la frecuencia

• Respuesta en frecuencia y filtros pasivos

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CIRCUITOS ELÉCTRICOS

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PRÁCTICAS DE LABORATORIO OBJETIVO GENERAL

1. Equipos de laboratorio (2 horas)

Manipular los equipos e instrumentos de laboratorio

empleados en el curso: Multímetro digital, fuente regulada

generador de señales, osciloscopio y protoboard.

2. Simulación de circuitos (2 horas)

Simular circuitos eléctricos básicos por medio de

herramientas computacionales apropiadas: ORCAD o

PROTEUS.

3. Circuitos resistivos, equivalente Thevenin y teorema de

superposición (2 horas)

Resolver circuitos eléctricos resistivos mediante la aplicación

de sus leyes fundamentales empleando diversas técnicas de

análisis.

4. Circuitos de primer orden y segundo orden-

Simulación- (2 horas)

Simular la respuesta de los sistemas de primer y segundo

orden de acuerdo a los componentes empleados en cada

circuito.

5. Circuitos de primer orden y segundo orden- Montaje

físico- (2 horas)

Clasificar respuesta de los sistemas de primer y segundo

orden de acuerdo a los componentes empleados en cada

circuito.

6. Análisis de circuitos con Matlab (2 horas)

Solucionar circuitos eléctricos empleando Matlab®.

7. Filtros pasivos y respuesta en frecuencia (2 horas)

Diseñar filtros pasivos básicos e interpretar su respuesta en

frecuencia.

CIRCUITOS ELÉCTRICOSEVALUACIÓN

• Quiz No 1 (3%) jueves 4 de agosto

• Quiz No 2 (3%) martes 30 agosto

• Parcial (20%) martes 13 de septiembre

• Quiz No 3 (3%) martes 27 de septiembre

• Quiz No 4 (3%) lunes 24 de octubre

• Quiz No 5 (3%) jueves 3 de noviembre

• Final (30%) martes 15 de noviembre. Tema: Todo.

• Laboratorios (20%) -7-

• Proyecto integrador (15%) 4/23

CIRCUITOS ELÉCTRICOSBIBLIOGRAFÍA

http://bioinstrumentacion.eia.edu.co

NILSSON, James W. y RIEDEL, Susan A. Circuitos eléctricos. 7 ed . New Yersey : Prentice Hall, 2005. (621.3815/N712/7ed).

HAYT, William H. KEMMERLY, Jack E. y DURBIN, Steven M. Análisis de circuitos en ingeniería. 7 ed. México: McGraw-Hill, 2007. (621.38153/H426a/6ed).

DECARLO, Raymond A. y LIN, Pen-Min. Linear circuit analysis. 2 ed. New York: Oxford University, 2001. (621.3815/D291).

CARLSON, A. Bruce. Circuitos: ingeniería, conceptos y análisis de circuitos eléctricos lineales. México : Thomson, 2001.

BOYLESTAD, Robert L. Introducción al análisis de circuitos. 10 ed. México: Pearson/Prentice Hall, 2004. (621.3815/B792a/10ed).

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CAPITULO 1: LEYES Y TÉCNICAS PARAEL ANÁLISIS DE CIRCUITOS

1.1 INTRODUCCIÓN

Realidad

ModelaciónAnálisisDiseño

SIMULACIÓN

Construcción de prototipoGeneralización del modeloProducción en serie

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1.2 DEFINICIONES BÁSICAS

A. Modelo circuital: Modelo matemático para representar un sistema real.

B. Componentes ideales: Modelos de los componentes reales.

C. Análisis de circuitos: Técnicas matemáticas de pronóstico.

D. Diseño de circuitos: Buscar modelos y componentes para cumplircon una función dada.

E. Prototipo físico: Materialización de la solución.

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1.2 DEFINICIONES BÁSICASF. Carga eléctrica: Propiedad fundamental de la materia. Se

representa por la letra Q o q. Se mide en coulombs (C).

La menor carga posible es la del electrón e = -1.602 x 10-19 C.

G. Voltaje: Fuerza eléctrica causada por la separación de cargas.Matemáticamente:

v= dw/dq 1.1 v=voltaje en voltios (V)w= energía en Joules (J)q= carga en Coulombs (C)

8/23

- + - -

1.2 DEFINICIONES BÁSICAS

H. Corriente: Flujo eléctrico producido por las cargas en movimiento.Matemáticamente:

i= dq/dt 1.2 i=corriente en amperios (A).q= carga en coulombs (C)t= tiempo en segundos (s)

I. Elemento básico ideal de un circuito:• Posee dos terminales• Se describe matemáticamente en términos de voltaje y corriente.• No puede subdividirse en otros elementos.

1

2

+v-

i

9/23

1.2 DEFINICIONES BÁSICAS

NOTA: Convención pasiva de los signos:

“Cuando la dirección de referencia para la corriente en un elemento, se asigne en la dirección de caída de voltaje de

referencia a través del elemento, se usa un signo

positivo en cualquier expresión que relacione al

voltaje con la corriente. De lo contrario se usa un signo negativo”.

10/23

1.2 DEFINICIONES BÁSICAS

11/23

J. Energía: Es el medio de intercambio de todo sistema físico. Semide en Joules (J).

K. Potencia: Es la velocidad a la cual se disipa o se absorbe energía.

Matemáticamente: p = dw/dt 1.3 p= potencia en Watts (W)

w= energía en Joules (J)t = tiempo en segundos (s)

o también: p = dw/dt = (dw/dq) (dq/dt) = v* i p= v* i. 1.4

1.2 DEFINICIONES BÁSICAS

1

2

+v-

1

2

-v+

1

2

+v-

1

2

-v+

Convención para la potencia:i i

i i

p = v*iconsume

p = -v*ientrega

p = -v*ientrega

p = v*iconsume

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1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOSNota: leer página 26 Libro de Nilsson (seguridad eléctrica)DEFINICIÓN: Un circuito es una interconexión de elementos

ideales para modelar un sistema real.

A. Fuentes de voltaje y corriente:

“Una fuente eléctrica es un aparato capaz de convertir energíano eléctrica en eléctrica y viceversa”Ejemplo:

+-

Batería Dinamo 13/23

1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS

“ Una fuente ideal de voltaje es un elemento de circuito que mantiene un voltaje preestablecido entre sus terminales sin importar la corriente que fluye por ellas”.

“ Una fuente ideal de corriente es un elemento de circuito que mantieneuna corriente preestablecida fluyendo por sus terminales sin importar el voltaje en ellas”.

+_

Vs IsFuente ideal de voltaje

Fuente ideal de corriente

14/23

1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS

Las fuentes ideales se subdividen en:

• Fuentes independientes: Son las que su valor de voltaje o corriente no

depende de otros parámetros del circuito.

+_

Vs IsFuentes

independientes

15/23

1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS

• Fuentes dependientes: Son las que su valor de voltaje o corriente

depende de otros parámetros del circuito.

+-

Vs = Vx Is = Vx

+-

Vs = Ix Is = Ix

Fuentes dependientesde voltaje

Fuentes dependientesde corriente

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1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS

B. Resistencia eléctrica: Es la capacidad de los materiales para

impedir el flujo de corriente . Se mide en ohms ( ). Se representapor la letra R.

El inverso multiplicativo de la resistencia es la conductancia, lacual se simboliza por la letra G y se mide en siemens ( S ).Matemáticamente:

G = 1/R 1.5 G= Conductancia en siemens (S) R= Resistencia en Ohms ().

R

17/23

Resistor

1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS

LEY DE OHM: Establece la relación proporcional entre la corrienteque fluye por un resistor sometido a un voltaje determinado

R+

-Vi R

+

-Vi

v= i*R 1.6 v= -i*R 1.7

18/23

v = voltaje en voltios (V)i = corriente en amperios (A)R= resistencia en ohms ()

1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS

Redes y circuitos: Una red es la interconexión de dos o más elementos simples. Si la red contiene al menos una trayectoria cerrada también será un circuito eléctrico.

19/23Red

+_

+_

Circuito

1.4 LEYES DE KIRCHHOOFF

A. NODO: Punto donde se conectan dos o más elementos de un circuito.

20/23

-R4A

VR1i1

E

i2

D

i4

FVR3

R5

C

i3

R2

R3

V1VR5

VR4

i5R1

B

VR2

+

- +

+

+

+

-

-

-

1.4 LEYES DE KIRCHHOOFF

B. LEY DE KIRCHFOFF DE CORRIENTES: “ La suma algebraica de corrientes en cualquier nodo de un circuito es cero”

i (nodo A)= 0 ientran = isalen ientran - isalen =0 1.8

21/23

i10

i8

R7

R10

R6

i6R9i9

R8

Ai7

1.4 LEYES DE KIRCHHOOFF

C. LAZO: Es una trayectoria cerrada en un circuito la cual cruza elementos básicos del circuito partiendo de un nodo y regresando al mismo, sin pasar por un nodo intermedio más de una vez.

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R4A

VR1i1

E

i2

D

i4

FVR3

R5

C

i3

R2

R3

V1VR5

VR4

i5R1

B

VR2

+

- +

+

+

+

-

-

-

R4

30 VR2 10 V

VR3

R5

VR2

R1

50 V

R3

12 V

1.4 LEYES DE KIRCHHOOFF

D. LEY DE KIRCHHOFF DE VOLTAJES: “La suma algebraica de voltajes en cualquier lazo de un circuito es cero”

vlazo =0 velevaciones = vcaidas velevaciones - vcaidas =0

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+

-

+ -

-

-

- +

+

+