Fundamentos de Circuitos Eléctricos (página 2)

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Unidades y símbolos

Introducción
Ingeniería es la ciencia y el arte de aplicar los conocimientos científicos en beneficio de la humanidad.
Ingeniería Electrónica es la ciencia y el arte de diseñar componentes y circuitos en beneficio de la humanidad.
Componente o dispositivo es un objeto físico que presenta unas relaciones determinadas de tensión y corriente.
Circuito es un sistema de componentes interconectados.
Elemento de circuito es un modelo matemático sencillo que relaciona la corriente con la tensión. Un componente se modela mediante uno o varios elementos. Puede haber varios modelos diferentes del mismo componente.
El modelo del circuito se obtiene sustituyendo los componentes por sus modelos.

Ejemplo
Modelos
(Gp:) Componente
(Gp:) Pila de 9 V

(Gp:) Modelo ideal

(Gp:) Modelo más aproximado

¿Cómo se determina el modelo de un componente?
(Gp:) 9,10 V

Como los instrumentos no son exactos en realidad sólo se que la tensión de la pila está entre 9,04 V y 9,16 V
(Gp:) Modelo

(Gp:) Circuito formado por una pila y una resistencia

(Gp:) Modelo

VR = 9,10 V (calculado)
VR = 8,75 V (medido)
(Gp:) Si es necesaria más exactitud modelo más aproximado

(Gp:) 9,10 V
(Gp:) VR
(Gp:) +
(Gp:) _

Supongamos que añadiendo una resistencia podemos obtener un modelo más aproximado de la pila.
(Gp:) modelo pila

VF = 9,10 V
R = 100 ?
VR = 8,75 V
RF = ?
(Gp:) Modelo más aproximado de la pila
(Gp:) 9,10 V
(Gp:) 4 ?

(Gp:) VF
(Gp:) RF
(Gp:) R
(Gp:) VR
(Gp:) +
(Gp:) _

Conductor ideal
Mantiene la misma tensión en todos sus puntos (resistencia 0).
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) v
(Gp:) i

v = 0
(Gp:) i
(Gp:) v

Componente: conductor real
Se utiliza para interconectar componentes

Interruptor ideal
Tiene dos estados: abierto (OFF) y cerrado (ON)
Cuando está abierto no puede circular corriente. Cuando está cerrado equivale a un conductor.
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) v
(Gp:) i
(Gp:) Abierto
OFF

(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) v
(Gp:) i
(Gp:) Cerrado
ON

(Gp:) i
(Gp:) v
(Gp:) v = 0

(Gp:) i
(Gp:) v
(Gp:) i = 0

Generador o fuente independiente de tensión ideal
Mantiene entre sus terminales una tensión determinada independientemente de la corriente que la atraviesa.
(Gp:) vg(t)
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) v
(Gp:) i

(Gp:) i
(Gp:) v
(Gp:) vg(t)

(Gp:) VG
(Gp:) i
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) v

(Gp:) t
(Gp:) vg(t)
(Gp:) v

(Gp:) t
(Gp:) v
(Gp:) VG

(Gp:) i
(Gp:) VG
(Gp:) v

Generador o fuente independiente de corriente ideal
Mantiene entre sus terminales una corriente determinada independientemente de la tensión entre ellos.
(Gp:) i
(Gp:) v
(Gp:) ig(t)

(Gp:) t
(Gp:) ig(t)
(Gp:) i

(Gp:) t
(Gp:) i
(Gp:) IG

(Gp:) i
(Gp:) IG
(Gp:) v

(Gp:) ig(t)
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) v
(Gp:) i

(Gp:) IG
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) v
(Gp:) i

Introducción
Una señal es una magnitud física cuyo valor contiene información.
Los circuitos electrónicos procesan señales eléctricas (tensión o corriente). Si la señal no es eléctrica se convierte en eléctrica mediante un sensor. Después de procesada puede convertirse otra vez en una señal no eléctrica mediante un actuador.
(Gp:) SENSOR
(Gp:) CIRCUITO
(Gp:) ACTUADOR
(Gp:) Señal no eléctrica
(Gp:) Señales eléctricas
(Gp:) Señal no eléctrica

(Gp:) Forma de onda
(Gp:) Tensión
(Gp:) tiempo

Ejemplo: señal eléctrica del corazón (ECG)
Ruido es toda señal no deseada que enmascara la información.

Ejemplo: señal de voz
(Gp:) MICROFONO
(Gp:) CIRCUITO
(Gp:) ALTAVOZ
PANTALLA

(Gp:) Señal al decir 3 veces hola

Señal escalón
(Gp:) Escalón unidad

(Gp:) t
(Gp:) u(t)

(Gp:) v(t)
(Gp:) A
(Gp:) t0
(Gp:) t

Señal pulso
(Gp:) t1
(Gp:) t2
(Gp:) A

Señal rampa
(Gp:) r(t)
(Gp:) t

Rampa de pendiente unidad
(Gp:) t0
(Gp:) 1
(Gp:) B
(Gp:) t
(Gp:) v(t)

Señal exponencial
? = constante de tiempo
(Gp:) A
(Gp:) t
(Gp:) ?1
(Gp:) ?2
(Gp:) v(t)

Señal sinusoidal
(Gp:) A = amplitud o valor de pico
2·A = valor de pico a pico
= frecuencia angular (rad/s)
? = ángulo de fase (rad)

(Gp:) f = frecuencia (Hz)
T = periodo (s)

(Gp:) A
(Gp:) -A
(Gp:) T
(Gp:) v(t)
(Gp:) t

(Gp:) función periódica

Sumando sinusoides de diferentes frecuencias se puede aproximar cualquier señal (análisis de Fourier)

Valor medio y valor eficaz
T = intervalo de tiempo en el que se calcula el valor medio o eficaz. En las señales periódicas T es el el periodo.
Ejemplo: señal sinusoidal

Leyes de Kirchhoff
Son la aplicación a circuitos de los principios de conservación de la carga y de la energía.
Nudo es el punto de interconexión de dos o más componentes.
Malla es todo camino cerrado que contiene dos o más nudos.
Mediante la aplicación de las leyes de Kirchhoff y las relaciones corriente-tensión de los elementos se puede analizar cualquier circuito.

Ley de Kirchhoff de corrientes (KCL)
La suma de corrientes que entran en una superficie cerrada es igual a la suma de corrientes que salen (conservación de la carga).
(Gp:) A
(Gp:) B
(Gp:) C
(Gp:) D
(Gp:) E
(Gp:) iE
(Gp:) iD
(Gp:) iC
(Gp:) iB
(Gp:) iA
(Gp:) iR

(Gp:) nudo A

(Gp:) nudo B

(Gp:) nudo C

iB=iA
iE=iD+iC
iA+iC+iD=iB+iE
iR=0

Ley de Kirchhoff de tensiones (KVL)
La suma algebraica de diferencias de tensión a lo largo de una malla es nula (conservación de la energía).
(Gp:) vA
(Gp:) A
(Gp:) B
(Gp:) C
(Gp:) D
(Gp:) E
(Gp:) vB
(Gp:) vD
(Gp:) vC
(Gp:) vE
(Gp:) +
(Gp:) +
(Gp:) +
(Gp:) +
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) _
(Gp:) _
(Gp:) _
(Gp:) _

vA – vB= 0
-vC – vD= 0
vD + vE= 0
(Gp:) A

(Gp:) B

(Gp:) C

Nudo de referencia
Es el nudo al que se asigna arbitrariamente una tensión de 0 V. Se suele escoger el nudo que tiene más elementos conectados. También recibe el nombre de masa del circuito y se identifica por alguno de los siguientes símbolos:
Para simplificar se pone el símbolo de masa en todos los terminales que están a 0 V y no se dibuja el conductor de masa.
(Gp:) A
(Gp:) B
(Gp:) C

(Gp:) A
(Gp:) B
(Gp:) C

(Gp:) El mismo circuito