Conceptos basicos de circuitos electricos

Capitulo 1
1. Conceptos fundamentales
  1. Circuito electrico
    1. coleccion de elementos electricos interconectados en alguna forma especıfica.
  2. Corriente electrica
    1. La corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica que recorre un material.
  3. Fuerza electromotriz
    1. magnitud que cuantifica una tranferencia de energía (de la pila a las cargas del circuito) asociada a un campo no conservativo.
  4. Voltaje
    1. El voltaje es el trabajo realizado para mover una carga unitaria (1C) a trav´es del elemento de una terminal a la otra
  5. Energia
    1. Al transferir carga a traves de un elemento, se efectua trabajo, o dicho de otra manera, estamos suministrando energıa.
  6. Potencia
    1. La unidad fundamental de la potencia es el vatio (W) y se define como la energıa consumida o trabajo producido por unidad de tiempo
  7. Tipos de elementos
    1. Activos
      1. Un elemento es activo cuando no es pasivo. Los elementos activos son generadores, baterıas y dispositivos electronicos que requieren fuentes de alimentacion.
    2. Pasivos
      1. Un elemento electrico es pasivo en un circuito si este no puede suministrar m´as energıa que la que tenıa previamente, siendo suministrada a este por el resto del circuito.
        Son elementos pasivos los resistores (R), capacitores (C) e inductores (L)
  8. Fuentes independientes
    1. De voltaje
      1. Es un elemento de dos terminales, como una baterıa o un generador, que mantienen un voltaje especıfico entre sus terminales a pesar del resto del circuito que est´a conectado a el. El voltaje es por completo independiente de la corriente a traves del circuito.
    2. De corriente
      1. Es un elemento de dos terminales a traves de la cual fluye una corriente especificada. El valor de esta corriente est´a dado por la funcion fuente y la direccion de referencia de la funcion fuente por la flecha dentro de la fuente. Se conoce tambien como fuente de corriente ideal.
  9. Elementos basicos
  10. Carga electrica
    1. propiedad de determinadas partículas subatómicas que se produce cuando se relacionan unas con otras
Capitulo 2
1. Circuitos resistivos
  1. Ley de Ohm
    1. v = Ri
  2. Tipos de resistencias
    1. Bobinadas
    2. Carbon
    3. Pelıcula
  3. Codigo de colores
  4. Otros dispositivos de interes
    1. Fusibles
      1. Son elementos conductores que constituyen la parte mas debil del circuito con el fin de que si se produce algun tipo de sobrecarga (exceso de corriente), se destruya el fusible y de esta manera se interrumpa el paso de corriente a traves del circuito. Los fusibles son pues, dispositivos de proteccion frente a sobrecargas (o cortocircuitos).
    2. Potenciometros
      2. Los potenciometros son resistencias cuyo valor se pueden variar por medio de un eje. Son los elementos utilizados para el ajuste de volumen en aparatos de sonido, el brillo del televisor, etc. En general, son utilizados cuando interesa poder hacer la graduacion de ciertas magnitudes en los aparatos electronicos.
  5. Partes de un circuito electrico
    1. Nodo
      1. Un punto de conexi´on de dos o m´as elementos de circuito se denomina nodo junto con todo el cable o alambre de los elementos.
    2. Rama
      1. Secci´on que une a un elemento a 2 nodos.
    3. Malla
      1. Conjunto de ramas que describen una trayectoria cerrada.
  6. Leyes de Kirchoff
    1. Ley de corrientes de Kirchoff
      1. La suma algebraica de las corrientes que entran por cualquier nodo son cero.
    2. Ley de voltajes de Kirchoff
      1. La suma algebraica de los voltajes a lo largo de cualquier trayectoria cerrada es cero.
  7. Definiciones
    1. Potencia instantanea
      1. p = vi = Ri 2 = v 2 R
    2. Conductancia
      1. G = 1 R (Siemens o Ω −1 )
    3. Corto circuito
      1. Es una resistencia de cero ohmios, en otras palabras, es un conductor perfecto capaz de llevar cualquier cantidad de corriente sin sufrir una ca´ıda de voltaje por donde pasa. Dos puntos pueden ser cortocircuitados junt´andolos con un cable.
    4. Circuito abierto
      1. Es una resistencia de conductancia cero siemens, en otras palabras es un perfecto aislante capaza de soportar cualquier voltaje sin permitir que fluya corriente a trav´es de ´el. Es decir, una resistencia infinita o un cable roto.
  8. Subcircuitos equivalentes
    1. Series equivalentes
      1. Resistencias
        Los valores de las resistencias en serie se suman aritmeticamente
      2. Fuentes de voltaje
        Los valores de las fuentes de voltaje en serie se suman aritmeticamente
      3. Fuentes de corriente
        En este caso todas las fuentes de corriente deben ser de igual corriente
      4. Dos elementos contiguos se dicen que est´an conectados en serie si en su parte de nodo comun´ no tiene otras corrientes que entren en ´el.
    2. Paralelos equivalentes
      1. Resistencias
        Es el inverso de la suma de los inversos de las resistencias
      2. Fuentes de voltaje
        En este caso todas las fuentes de voltaje en paralelo deben ser todas ellas iguales y adem´as deben conectarse con igual polaridad: todos los terminales positivos y todos los terminales negativos.
      3. Fuentes de corriente
        Una fuetne de corriente equivalente en paralelo es igual a la suma aritmetica de los valores de las corrientes considerando el sentido de estas.
      4. Dos elementos est´an conectados en paralelo si forman una malla sin contener otros elementos. Es decir, elementos en paralelo tienen el mismo voltaje que pasa por ellos.
    3. Un subcircuito es una parte de un circuito. Un subcircuito contiene un numero ´ de elementos interconectados, pero s´olo dos terminales accesibles, por lo que es llamado subcircuito de dos terminales. El voltaje que pasa a trav´es y la corriente que entra en esas terminales son llamados voltaje terminal y corriente terminal del subcircuito.
  9. Equivalentes de Thevenin y Norton
    1. Teorema de Thevenin
      1. Una red lineal activa con resistencias que contenga una o m´as fuentes de voltaje o corriente puede reemplazarse por una unica ´ fuente de voltaje y una resistencia en serie.
    2. Teorema de Norton
      1. Una red lineal activa con resistencias que contenga una o m´as fuentes de voltaje o corriente puede reemplazarse por una unica ´ fuente de corriente con una resistencia en paralelo.
  10. Teorema de la maxima transferencia de potencia
    1. En muchas ocasiones nos interesa saber cu´ales son las mejores condiciones que deben reunir el dispositivo que suministra potencia y el que la recibe para que se transfiera la m´axima potencia del generador al receptor.
      1. Supongamos que tenemos un equivalente Thevenin representante de un circuito el´ectrico (VT , RT ) y unimos a los bordes de este dispositivo una resistencia de carga R a los terminales correspondientes.
        Para obtener la expresi´on para que se transfiera la m´axima potencia debemos derivar la expresi´on anterior con respecto a R (nuestra variable) e igualar a cero.
Capitulo 3
1. Metodos sistematicos para circuitos lineales
  1. Principio de proporcionalidad
    1. Cualquier circuito lineal verifica el 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 multiplicaci´on de y por la misma constante K. Este principio s´olo es aplicable en circuitos lineales.
  2. Principio de superposicion
    1. La respuesta general de 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 s´olo es v´alido para circuitos lineales.
      1. Las fuentes de corriente se eliminan o son fijadas en cero, es decir, se reemplazan por circuitos abiertos, mientras que las fuentes de voltaje se reemplazaran por corto-circuitos.
  3. Metodo de Mallas
    1. El an´alisis de malla consiste en escribir las ecuaciones LVK alrededor de cada malla en el circuito, utilizando como inc´ognita las corrientes de malla. Las n ecuaciones simult´aneas de un circuito con n mallas pueden ser escritas en forma de matriz.
      1. Con fuentes dependientes
        1) Escribiremos las ecuaciones de an´alisis como si la fuente fuese independiente.
        2) Luego sustituimos la variable de control por las variables deseadas del m´etodo de an´alisis (en este caso la corriente de malla)
      2. Con fuentes de corriente dependiente
        La presencia de fuentes de corriente reduce ´el numero ´ de inc´ognitas en el an´alisis de malla a raz´on de una por fuente de corriente.
        1) Se identifica las corrientes de mallas con aquellas de las funciones de corriente
        2) Planteamos las ecuaciones LVK para coincidir con ´el numero ´ reducido de ecuaciones
        3) El circuito resultante ser´a eliminando las fuentes de corriente por circuitos abiertos
  4. Metodo de Nodos
    1. Es un m´etodo general de an´alisis de circuitos en donde los voltajes son las inc´ognitas que deben obtenerse. En general, una elecci´on 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 dem´as nodos.
Capitulo 4
1. Circuitos electricos de corriente alterna
  1. Caracteristicas basicas de las ondas sinusoidales
    1. Ciclo
      1. Recorrido completo que hace la onda y que se repite peri´odicamente. Un ciclo se compone de dos semiciclos.
    2. Amplitud
      1. Valor m´aximo que alcanza la onda, en el semiciclo positivo.
    3. Periodo
      1. Tiempo necesario en generarse un ciclo completo. Su unidad es el segundo.
    4. Frecuencia
      1. Numero ´ de ciclos que se efectuan ´ en un segundo. Su unidad es el Hz. Frecuencia y Periodo est´an relacionados por la siguiente expresi´on
    5. Velocidad angular
      1. Angulo ´ recorrido por unidad de tiempo (debido al movimiento giratorio del generador). Su unidad es el rd/seg.
    6. Desfase de onda
      1. El desfase entre dos ondas de igual frecuencia es la diferencia de tiempo que hay entre dos puntos tomados de referencia, que pueden ser el inicio de ciclo de una de ellas con respecto a la otra.
    7. Tension instantanea
      1. El voltaje puede ser expresado como v = V sin(wt + φ) o bien v = V cos(wt+φ−90o ), donde V es la amplitud de tensi´on, wt est´a expresado en radianes y φ en grados, por tanto, podemos conocer en cada instante el valor del voltaje.
    8. Tension de pico
      1. Es la tensi´on m´axima instant´anea que se alcanza en el ciclo Vp. Dentro de este ciclo aparecen dos valores de pico: El del semiciclo positivo (+Vp) y el del semiciclo negativo (−Vp).
    9. Tension de pico a pico
      1. Tensi´on entre los dos valores. Se representa usualmente por Vpp. Este es igual a Vpp = 2Vp.
    10. Tension media
      1. Es el valor medio de tensi´on. Si la onda es sim´etrica respecto al eje de tiempos, o sea, la magnitud del semiciclo positivo es igual a la del negativo, entonces el valor medio resultante del ciclo completo es cero.
    11. Tension eficaz
      1. Por cuestiones de tipo de eficiencia energ´etica, se hace necesario conocer el valor de tensi´on (o corriente) alterna que pueda desarrollar la misma potencia el´ectrica que una tensi´on continua del mismo valor; a este valor se denomina valor eficaz.
  2. Elementos electricos
    1. Condensador
      1. Tipos
        de placas plano paralelas
        Cilindrico
        Esferico
      2. Coneccion en paralelo
      3. Coneccion en serie
    2. Bobina
      1. Se denomina bobina a un sistema formado por N espiras o vueltas, donde las dimensiones de la espira son generalmente despreciables frente a su longitud.
  3. Respuestas de los elementos electricos
  4. Notacion fasorial
  5. Impedancia
    1. Diagrama de impedancia
      1. En un diagrama de impedancia, una impedancia se representa como un complejo, donde el eje horizontal corresponde a los t´erminos resistivos mientras que en el eje vertical se representan los t´erminos de reactancia inductiva (semieje positivo) como reactancia capacitiva (semieje negativo).
    2. La raz´on 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 notaci´on rectangular, las impedancias de los diferentes elementos son:
      1. De una resistencia
      2. De una bobina
      3. De un condensador
  6. Admitancia
    1. Diagrama de admitancia
    2. La admitancia se define como la rec´ıproca de la impedancia, o sea Y = Z −1 , con unidades de siemens (S). En forma similar es un numero ´ complejo, Y = G + jB, cuya parte real se le denomina la conductancia G y la parte imaginaria la susceptancia B.
  7. Metodos de resolucion por mallas y nodos
    1. El procedimiento es totalmente an´alogo al caso de la resoluci´on de circuitos en corriente continua salvo que ahora la matriz de resistencia del sistema corresponde a la matriz de impedancias del sistema en el caso de resoluci´on de mallas o el de la matriz de admitancias en el caso de resoluci´on por nodos.
  8. Impedancias de entrada y transferencia
  9. Admitancias de entrada y transferencia
  10. Principio de Superposicion
    1. El principio de superposici´on establece que la respuesta de cualquier elemento de una red lineal que contenga m´as de una fuente es la suma de las respuestas producidas por las fuentes, actuando cada una sola.
  11. Potencia y factor de potencia
    1. La potencia instant´anea en la red o circuito es el producto entre voltaje e intensidad de la corriente puede expresarse como p(t) = v(t) ˙i(t) tal como ya hemos visto. Una potencia positiva corresponde a una transferencia de energ´ıa de la fuente a la red, mientras que, una potencia negativa representa un retorno de energ´ıa de la red a la fuente.
      1. La potencia promedio para una red pasiva ser´a siempre cero o positiva, ser´a cero tan s´olo cuando la red contenga elementos reactivos.
  12. Teoremas de Thevenin y Norton
    1. Presentan el mismo formato que hemos definido estos teoremas para el caso continuo. El conjunto de componentes entre dos puntos de un circuito, en el cual pueden encontrarse diversos generadores y resistencias, tiene por equivalente a un circuito formado simplemente por un solo generador y una impedancia en serie (VTh, ZTh).
Capitulo 5
1. Respuesta a la frecuencia y resonancia en circuitos electricos
  1. Respuesta a la frecuencia
    1. Por respuesta a la frecuencia de una red o circuito se entiende su comportamiento sobre un intervalo de frecuencias.
  2. Redes de 2 puertas
    1. Una red de dos puertas es aquella que presenta dos pares de terminales, una considerada de entrada y la otra como terminal de salida. En la primera est´an definidos un voltaje V1 y una corriente I1 mientras que en la segunda terminal est´an definidos un voltaje V2 y una corriente I2.
      1. En la red de dos puertas la conexi´on de salida debe definirse como:
        Las funciones de frecuencia m´as usuales para el estudio de las redes de dos puertas son:
  3. Filtros: Redes de pasa altas, de pasa bajas y pasa banda:
    1. Si |HV | disminuye conforme aumenta la frecuencia, el comportamiento se llama ca´ıda de impedancia a alta frecuencia y el circuito es una red de tipo paso bajo.
      1. Por el contrario, si |HV | disminuye cuando disminuye la frecuencia estamos en el caso de una red pasa baja, es decir, tenemos una ca´ıda de impedancia a baja frecuencia.
        Existe adem´as sistemas que presentan un comportamiento mixto de las dos anteriores, es decir, s´olo en un rango de frecuencias |HV | toma valores considerables. A este tipo de sistemas se les conoce con el nombre de redes pasa banda.
  4. Frecuencia de potencia media
    1. Se denomina frecuencia de potencia media a la frecuencia la cual:
  5. Circuitos resonantes
    1. El fen´omeno de resonancia en una red el´ectrica, est´a originado por la presencia de elementos reactivos en la misma, es decir, de bobinas y de condensadores.
      1. Frecuencia de resonancia
        Es la frecuencia a la que se obtiene un m´aximo en la respuesta (V o´ I).
      2. Factor de calidad del circuito Q
        Es un indicativo de la eficacia con que se almacena energ´ıa en un circuito

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