introducción a los circuitos eléctricos
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PRESENTACIÓN
El objetivo principal de esta publicación es el de brindar los
conocimientos teórico sobre las leyes y componentes básicos de los
circuitos eléctricos de corriente continua.
Este conocimiento permitirá a los estudiantes de las especialidades de
ingeniería eléctrica, electrónica y de telecomunicaciones, identificar
problemas, analizar y plantear soluciones en circuitos eléctricos que
son parte de la tecnología moderna. El Autor
CONTENIDO
TEORÍA DE LOS CIRCUITOS LINEALIDAD VARIABLES DE UN CIRCUITO SEÑALES DE EXCITACIÓN DE USO FRECUENTE ELEMENTOS DE UN CIRCUITO LEYES DE KIRCHHOFF
Análisis de Circuitos
Trata de predecir el comportamiento de una red eléctrica determinando su
respuesta, a partir del conocimiento de la excitación (estímulo) y de su
topología, que es la forma en que se conectan los elementos, ver ilustración.
TEORÍA DE LOS CIRCUITOS
La teoría de los circuitos es el estudio del comportamiento de los elementos
que constituyen una red eléctrica. Esta teoría comprende dos grandes
ramas, que son: el Análisis de Circuitos y la Síntesis de Circuitos.
Síntesis de Circuitos
En esta rama de la teoría de los circuitos, se trata de determinar la
configuración o topología de la red, a partir del conocimiento de la excitación
(estímulo) y la respuesta, ver ilustración.
Teoría de los Modelos
Para analizar un circuito eléctrico se debe construir un modelo circuital que lo
represente, y para ello se debe seguir el procedimiento descrito en el
diagrama de flujo, que se muestra a continuación.
LINEALIDAD Un sistema de elementos eléctricos es lineal si y solo si satisfacen las
propiedades de homogeneidad y superposición para todos los estímulos
(excitaciones).
Homogeneidad
En un circuito lineal la magnitud del factor de escala se preserva. Esto quiere
decir, que si el estímulo se multiplica por una constante de proporcionalidad
“K”, la respuesta también se ve multiplicada por ella.
Superposición
La sumatoria de estímulos individuales producirá una sumatoria de las
respuestas individuales.
VARIABLES DE UN CIRCUITO
Corriente (intensidad)
Es una magnitud escalar instantánea definida como la carga neta que se
produce en una sección transversal de un circuito en un tiempo
determinado.
Tensión (voltaje)
La diferencia de potencial entre dos puntos es una magnitud escalar
instantánea definida como el trabajo hecho sobre una carga al moverla
desde un punto a otro.
Potencia
Magnitud escalar instantánea definida como el trabajo hecho en un tiempo
determinado para llevar una carga a través de la diferencia de
potencial antes mencionada.
La representación básica de un circuito eléctrico se muestra en la ilustración.
SEÑALES DE EXCITACIÓN DE USO FRECUENTE
Haciendo referencia en forma genérica a las tensiones y corrientes, se
utilizará la definición de señales “s(t)”.
Señales Constantes
Son aquellas cuya magnitud es independiente del tiempo.
Ejemplo: Escalón de corriente o tensión
Señales Variables
Son aquellas en las que su amplitud varía con
el tiempo. Pueden ser periódicas, seudoperiódicas y aperiódicas.
a) Periódicas
Su amplitud se repite cíclicamente. Entre ellas tenemos:
• De valor medio no nulo.- Encierran
un área neta no nula (su valor medio
es diferente de cero). Ejemplo:
Corriente alterna senoidal rectificada
en media onda.
• Alternas.- Encierran un área neta nula
(su valor medio es cero). Ejemplo:
Corriente alterna senoidal.
c) Aperiódicas
Sus valores no vuelven a repetirse
cíclicamente. Ejemplo: Corriente
exponencial.
b) Pseudoperiódicas
Ciertos puntos característicos se repiten
cíclicamente pero con diferente
amplitud. Ejemplo: Tensión senoidal
amortiguada.
Elementos Pasivos
Son elementos que disipan energía en forma de calor o almacenan
energía en forma de corriente o tensión. Ellos son la resistencia,
inductancia y capacitancia
Elementos Activos
Son elementos del circuito que suministran energía a la red y se
clasifican en fuentes independientes de tensión y fuentes independientes
de corriente.
ELEMENTOS DE UN CIRCUITO
Símbolo
Elementos Pasivos
Resistencia
Elemento que consume o disipa potencia. Sus unidades más comunes son:
Ohm (Ω), Kilo ohm (k Ω) y Mega ohm (M Ω).
Inductancia
Es el elemento que almacena energía en forma de campo magnético.
Sus unidades más comunes son: Henrio (H) y Milihenrio (mH).
Símbolo
Capacitancia
Elemento que almacena energía en forma de campo eléctrico. Sus
unidades más comunes son: Faradio (F), Microfaradio (uF), Picofaradio
(pF) y Nanofardio (nF).
Símbolo
Fuente Independiente de Tensión
Entregan voltaje a la red
independientemente de la corriente que
circula por sus bornes.
Elementos Activos
La potencia que entrega tiene signo negativo y la potencia que recibe signo
positivo.
Fuente Independiente de Corriente
Entregan corriente a la red
independientemente del voltaje que
exista en sus bornes.
La potencia que entrega tiene signo negativo y la potencia que recibe signo
positivo.
Se aplica la siguiente convención de
signos:
Corriente que ingresa al nudo es (+)
Corriente que sale del nudo es (-)
LEYES DE KIRCHHOFF
Flujo de Potencia: En un circuito activo y resistivo se debe cumplir que la
suma algebraica de la potencia de las fuentes y de la potencia de las
resistencias es igual a cero.
