C.R. Lindo Carrión CIRCUITOS ELÉCTRICOS I Unidad IConceptos Básicos Conferencia 2.

C.R. Lindo CarriónC.R. Lindo Carrión

CIRCUITOS ELÉCTRICOS ICIRCUITOS ELÉCTRICOS I

Unidad IUnidad I Conceptos BásicosConceptos Básicos

Conferencia 2Conferencia 2

Conceptos BásicosConceptos Básicos ObjetivosObjetivos

Explicar los conceptos de análisis y síntesis en los Explicar los conceptos de análisis y síntesis en los circuitos eléctricos circuitos eléctricos

Describir los elementos de un circuito eléctricoDescribir los elementos de un circuito eléctrico

1.5 Conceptos de Análisis y Síntesis1.5 Conceptos de Análisis y Síntesis

1.6 Estructura de un Circuito Eléctrico1.6 Estructura de un Circuito Eléctrico

1.7 Elementos activos1.7 Elementos activos

1.7.1 Fuentes independientes1.7.1 Fuentes independientes

1.7.2 Fuentes dependientes1.7.2 Fuentes dependientes

ContenidoContenido

1.8 Convención activa y pasiva de signos1.8 Convención activa y pasiva de signos

1.9 Prefijos de Magnitud1.9 Prefijos de Magnitud

1.10 Notación de señal1.10 Notación de señal

Conceptos BásicosConceptos Básicos

AnálisisAnálisis de circuito: es el proceso de encontrar los voltajes y de circuito: es el proceso de encontrar los voltajes y corrientes específicos en un circuito una vez que sus elementos corrientes específicos en un circuito una vez que sus elementos individuales y sus interconexiones son conocidos.individuales y sus interconexiones son conocidos.

1.51.5 Análisis y Síntesis de Análisis y Síntesis de circuitocircuito

SíntesisSíntesis de circuito (Diseño): es el proceso de escoger un de circuito (Diseño): es el proceso de escoger un juego de elementos e idear sus interconexiones para lograr juego de elementos e idear sus interconexiones para lograr voltajes y corrientes específicos en el circuito, tal como voltajes y corrientes específicos en el circuito, tal como producir un cierto voltaje en una parte del circuito en producir un cierto voltaje en una parte del circuito en respuesta a un voltaje recibido en otra parte. respuesta a un voltaje recibido en otra parte.

También llamado Diseño, la Síntesis es usualmente más También llamado Diseño, la Síntesis es usualmente más difícil que el análisis. Este involucra intención, creatividad, y difícil que el análisis. Este involucra intención, creatividad, y prueba y error. Además la solución no puede ser única y prueba y error. Además la solución no puede ser única y uno debe saber como escoger la más adecuada para la uno debe saber como escoger la más adecuada para la aplicación particular. aplicación particular.


Un firme entendimiento del análisis provee el fundamento Un firme entendimiento del análisis provee el fundamento para la síntesis inteligente y efectiva.para la síntesis inteligente y efectiva.

El análisis y el diseño redactan dos parejas de leyes:El análisis y el diseño redactan dos parejas de leyes:

1)1) La ley del elementoLa ley del elemento, tal como la ley de OHM, relacionan , tal como la ley de OHM, relacionan los voltajes y corrientes del terminal de elementos los voltajes y corrientes del terminal de elementos individuales sin importar de cómo ellos son conectados individuales sin importar de cómo ellos son conectados para formar un circuito.para formar un circuito.

2)2) Las leyes de conexiónLas leyes de conexión, también llamadas leyes de , también llamadas leyes de Kirchhoff o leyes de circuito, relacionan los voltajes y Kirchhoff o leyes de circuito, relacionan los voltajes y corrientes compartidos en las interconexiones, sin corrientes compartidos en las interconexiones, sin importar el tipo de elementos que forman el circuito.importar el tipo de elementos que forman el circuito.


1.6 Estructura de un Circuito 1.6 Estructura de un Circuito EléctricoEléctrico

Un Un circuito eléctricocircuito eléctrico es una es una colección de elementoscolección de elementos de circuitos de circuitos (resistencias, inductores, (resistencias, inductores, condensadores, fuentes, etc.) que condensadores, fuentes, etc.) que han sido han sido interconectadosinterconectados entre ellos entre ellos para realizar un objetivo para realizar un objetivo específico específico (generar, transportar o modificar (generar, transportar o modificar señales electrónicas).señales electrónicas).

Un simple y elocuente ejemplo es ofrecido por el ejemplo Un simple y elocuente ejemplo es ofrecido por el ejemplo mostrado anteriormente (el circuito de la lámpara de mostrado anteriormente (el circuito de la lámpara de mano), una batería conectada a una lámpara. mano), una batería conectada a una lámpara.

Donde los elementos de circuitos son la batería y el Donde los elementos de circuitos son la batería y el bombillo, las interconexiones son los alambres y el objetivo bombillo, las interconexiones son los alambres y el objetivo es la conversión de energía para producir luz.es la conversión de energía para producir luz.


A la hora de analizar un circuito es conveniente conocer la A la hora de analizar un circuito es conveniente conocer la terminología de cada elemento que lo forma. A terminología de cada elemento que lo forma. A continuación se indican las partes de un circuito continuación se indican las partes de un circuito comúnmente más aceptados tomando como ejemplo el comúnmente más aceptados tomando como ejemplo el circuito mostrado en la figura 1.4.1.circuito mostrado en la figura 1.4.1.

ConectorConector:: hilo conductor de resistencia despreciable hilo conductor de resistencia despreciable (idealmente cero) que une eléctricamente dos o más (idealmente cero) que une eléctricamente dos o más elementos.elementos.

GeneradorGenerador o o fuentefuente: : elemento que produce electricidad. elemento que produce electricidad. En el circuito de la figura 1.4.1, tenemos una fuente de En el circuito de la figura 1.4.1, tenemos una fuente de voltaje, la batería.voltaje, la batería.

RedRed:: conjunto de elementos unidos mediante conectores. conjunto de elementos unidos mediante conectores.

NudoNudo o o nodonodo: : punto de un circuito donde concurren varios punto de un circuito donde concurren varios conductores distintos. En la figura 1.4.1, son las dos bolitas conductores distintos. En la figura 1.4.1, son las dos bolitas (arriba y abajo).(arriba y abajo).


La La función de un elementofunción de un elemento de circuito es asegurar una de circuito es asegurar una relación preescrita entre la corriente y el voltaje relación preescrita entre la corriente y el voltaje entre sus entre sus terminales. Un ejemplo de tal relación es la ley de OHM. terminales. Un ejemplo de tal relación es la ley de OHM.

La La función de las interconexiones función de las interconexiones es permitir a los es permitir a los elementos elementos compartir corrientes y voltajes compartir corrientes y voltajes y así y así interactuar con cada uno para realizar un objetivo interactuar con cada uno para realizar un objetivo específico.específico.

Para facilitar sus interconexiones los elementos de Para facilitar sus interconexiones los elementos de circuitos están equipados con hilos o alambres de un circuitos están equipados con hilos o alambres de un buen conductor eléctrico como el cobre. Idealmente los buen conductor eléctrico como el cobre. Idealmente los alambres no poseen resistencia al flujo de corriente, una alambres no poseen resistencia al flujo de corriente, una condición también expresada como:condición también expresada como:1)1) Todos los puntos de un alambre están al mismo Todos los puntos de un alambre están al mismo

potencial. Además los alambre no acumulan cargas, potencial. Además los alambre no acumulan cargas, una condición expresada como:una condición expresada como:

2)2) Toda corriente entrando a un extremo del alambre sale Toda corriente entrando a un extremo del alambre sale en el otro extremo.en el otro extremo.


1.7 Elementos activos 1.7 Elementos activos

1 Fuente de voltaje Independiente1 Fuente de voltaje Independiente

2 Fuente de corriente 2 Fuente de corriente IndependienteIndependiente

3 Fuentes de voltaje Dependiente3 Fuentes de voltaje Dependiente

4 Fuentes de corriente 4 Fuentes de corriente DependienteDependiente 1.7.11.7.1 Fuentes Fuentes

IndependientesIndependientes

Una fuente de voltaje independiente es Una fuente de voltaje independiente es un elemento de dos terminales que un elemento de dos terminales que mantiene un voltaje específico entre sus mantiene un voltaje específico entre sus terminales a pesar de la corriente a terminales a pesar de la corriente a través de él. Su símbolo circuital se través de él. Su símbolo circuital se muestra en la Figura 1.7.1.amuestra en la Figura 1.7.1.a


Es conveniente introducir el concepto de Es conveniente introducir el concepto de CortocircuitoCortocircuito,, como una fuente ideal de voltaje en la que como una fuente ideal de voltaje en la que v(t) = 0V. v(t) = 0V. La La corriente queda determinada por el resto del circuito.corriente queda determinada por el resto del circuito.

Fuente de corriente independiente: es un elemento de dos Fuente de corriente independiente: es un elemento de dos terminales que mantiene una corriente específica a pesar terminales que mantiene una corriente específica a pesar del voltaje a través de sus terminales. Su símbolo de del voltaje a través de sus terminales. Su símbolo de circuito se muestra en la Figura 1.7.1.bcircuito se muestra en la Figura 1.7.1.b

Ahora introducimos el concepto de Ahora introducimos el concepto de Circuito AbiertoCircuito Abierto: como : como una fuente ideal de corriente para la cual una fuente ideal de corriente para la cual i(t) = 0A.i(t) = 0A. El voltaje El voltaje a través de un circuito abierto queda determinado por el a través de un circuito abierto queda determinado por el resto del circuito.resto del circuito.


Las fuentes dependientes generan un voltaje o corriente Las fuentes dependientes generan un voltaje o corriente que esta determinado por un voltaje o corriente en un lugar que esta determinado por un voltaje o corriente en un lugar específico del circuito. específico del circuito.

1.7.21.7.2 Fuentes dependientes:Fuentes dependientes:

Esas fuentes son muy importantes, ya que son una parte Esas fuentes son muy importantes, ya que son una parte integral de los modelos matemáticos utilizados para integral de los modelos matemáticos utilizados para describir el comportamiento de muchos elementos de los describir el comportamiento de muchos elementos de los circuitos electrónicos. La Figura 1.7.2 muestra cada una de circuitos electrónicos. La Figura 1.7.2 muestra cada una de las fuentes dependienteslas fuentes dependientes


µ y β µ y β son constantes son constantes sin dimensionessin dimensiones

rr es una constante con dimensiones de es una constante con dimensiones de ΩΩ

gg es una constante con dimensiones de es una constante con dimensiones de SS


Regla de Potencia: Si la corriente Regla de Potencia: Si la corriente fluye en dirección del incremento fluye en dirección del incremento de voltaje como en el caso de la de voltaje como en el caso de la batería en la lámpara entonces la batería en la lámpara entonces la potencia es entregadapotencia es entregada y decimos y decimos que el que el elemento es activoelemento es activo. Si por . Si por el contrario la corriente fluye en el contrario la corriente fluye en dirección del decremento de dirección del decremento de voltaje como en el caso del voltaje como en el caso del bombillo en el circuito de la bombillo en el circuito de la lámpara la lámpara la potencia es absorbidapotencia es absorbida y decimos que el y decimos que el elemento es elemento es pasivopasivo. . La Figura 1.8.1 muestra la polaridad del voltaje y el sentido La Figura 1.8.1 muestra la polaridad del voltaje y el sentido

de la corriente para el elemento activo y el elemento de la corriente para el elemento activo y el elemento pasivopasivo

1.81.8 Convención activa y pasiva de Convención activa y pasiva de signossignos


1.91.9 Prefijos de MagnitudPrefijos de Magnitud

Prefijo Prefijo AbreviacióAbreviación n

Magnitud Magnitud

yoctoyocto yy 1010-24-24

zeptozepto zz 1010-21-21

attoatto aa 1010-18-18

femptofempto ff 1010-15-15

picopico pp 1010-12-12

nanonano nn 1010-9-9

micromicro μμ 1010-6-6

milimili mm 1010-3-3

centicenti cc 1010-2-2

decideci dd 1010-1-1


Prefijo Prefijo Abreviación Abreviación Magnitud Magnitud

yottayotta YY 10102424

zettazetta ZZ 10102121

exaexa EE 10101818

petapeta PP 10101515

teratera TT 10101212

gigagiga GG 101099

megamega ΜΜ 101066

kilokilo KK 101033

hectahecta hh 101022

decadeca dada 101011


Veamos un Veamos un ejemploejemplo de uso de estos prefijos: Supongamos de uso de estos prefijos: Supongamos que tenemos 1K multiplicado por 1µ, el resultado es:que tenemos 1K multiplicado por 1µ, el resultado es:

(1K)*(1µ) (1K)*(1µ) = (1*10= (1*1033)*(1*10)*(1*10-6-6) = 1*10) = 1*10-3-3 = = 1m1m

Otro Otro ejemploejemplo, consideremos ahora que tenemos 1µ dividido , consideremos ahora que tenemos 1µ dividido entre 1n, el resultado es:entre 1n, el resultado es:

(1µ)/(1p) (1µ)/(1p) = (1*10= (1*10-6-6)/(1*10)/(1*10-12-12) = (1*10) = (1*10-6-6)*(1*10)*(1*101212) = 1*10) = 1*1066 = = 1M1M


Usaremos en el transcurso de este documento la Usaremos en el transcurso de este documento la siguiente notación de señal, mostrada en la Figura siguiente notación de señal, mostrada en la Figura 1.10.11.10.1

1.101.10 Notación de señalNotación de señal


VVDCDC: : Para una señal de Corriente Directa.Para una señal de Corriente Directa.

vvAA:: Para la señal total, la componente de CD más la Para la señal total, la componente de CD más la componente de CA. componente de CA.

VVpppp : : Quiere decir voltaje pico a pico.Quiere decir voltaje pico a pico.

vvaa: : Para la señal puramente alterna o señal de Corriente Para la señal puramente alterna o señal de Corriente Alterna.Alterna.

VVp p :: Quiere decir voltaje pico, amplitud de la señal Quiere decir voltaje pico, amplitud de la señal alterna.alterna.

T: T: Periodo de la señal alterna.Periodo de la señal alterna.

f f = 1/T es la frecuencia de la señal alterna.= 1/T es la frecuencia de la señal alterna.

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