ITCG

CIRCUITOS ELÉCTRICOS 1

APUNTES

ALUMNO: De la Cruz M. S.

INGENIERIA EN ELECTRONICA

Nombre de la asignatura: Circuitos Eléctricos 1

OBJETIVO GENERAL DEL CURSO:

Analizar y resolver circuitos eléctricos excitados con corriente alterna y corriente directa

en estado permanente y transitorio, interpretando el funcionamiento, características y la

forma de respuesta de los circuitos de corriente alterna y corriente continua.

TEMARIO

UNIDAD 1 Introducción al análisis de redes eléctricas

1.1 Corriente, voltaje y potencia instantánea

1.2 Conceptos fundamentales de resistencia, Inductancia y capacitancia

1.3 Fuentes independientes y dependientes

1.4 Conceptos básicos de una red

1.4.1 Red; Red Pasiva; Red Activa

1.4.2 Nodo

1.4.3 Malla

1.4.4 Elementos generales de circuitos

1.4.5 Numero de incidencia respecto a nodo y respecto a malla

UNIDAD 2 Análisis de redes de corriente alterna en el estado estable

2.1 Características de la onda Senoidal.

2.2 Leyes de Kirchhoff

2.3 Análisis por los métodos de nodos y mallas con fasores

2.4 Teoremas de Thevenin, Norton, superposición y máxima transferencia de

potencia.

2.5 Reciprocidad

UNIDAD 3 Análisis de redes de corriente directa

3.1 Características de la corriente directa

3.2 Solución de redes aplicando leyes de Kirchhoff, métodos de nodos, mallas

3.3 Solución de redes utilizando los teoremas de Thevenin, Norton, superposición

y máxima transferencia de potencia.

UNIDAD 4 Funciones discontinuas

4.1 Función escalón

4.2 Función rampa

4.3 Función impulso

4.4 Función exponencial

UNIDAD 5 Análisis de transitorios

5.1 Transitorios de primer orden (circuitos RC y RL), respuesta natural y respuesta

completa.

5.2 Transitorios de segundo orden (circuitos RLC), respuesta natural y respuesta

Completa.

FUENTES DE INFORMACIÓN

1. Thomas L. Floyd; “Principio de Circuitos Eléctricos” 8ª edición; Prentice

Hall. 2007

2. James W. Nisson; “Circuitos Eléctricos” 7ª edición; Prentice Hall, 2005

3. David E. Johnson, Johnny R. Johnson; “Análisis Básico de Circuitos

Eléctricos” 5ª edición Prentice Hall, 2006

5. Hayt Análisis de circuitos en ingeniería, Mc Graw Hill.

UNIDAD 1 INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE REDES ELÉCTRICAS

CORRIENTE, VOLTAJE Y POTENCIA

*Elemento general: aquel que tiene un par de terminales

a) Corriente eléctrica ( I, i )

Definición:

Unidad de medida : Amperio ( )

Instrumento con el que se mide la i : Amperímetro (conexión en serie)

Representación gráfica de la corriente

Sentido de la corriente:

Tipos de corriente eléctrica: (a) Corriente directa (dc). (b) Corriente senoidal (ac).

(c) Corriente exponencial. (d) Corriente senoidal amortiguada.

b) Voltaje (tensión eléctrica, diferencia de potencial, fuerza electromotriz). (V, )

Definición: Fuerza para para mover una carga eléctrica de un punto a otro

Unidad de medida: Volt

Instrumento con el que se mide el voltaje: Voltímetro (conexión en paralelo)

Representación gráfica:

*Las señales de voltaje dependen de una función al igual que las señales de corriente

eléctrica.

*El voltaje puede existir independientemente de que haya corriente.

*El potencial de GND es de 0v.

c) Potencia y Energía

Energía: Capacidad que tiene un cuerpo para hacer un trabajo.

Potencia: Rapidez con que se realiza un trabajo,

Rapidez con que se absorbe energía.

W = energía

En watts

(Promedio, media, activa, real) es la que realmente se convierte en trabajo útil.

√

Al transferir carga a través de un elemento se efectúa un trabajo o dicho de otra manera

se está suministrando energía. Para saber si un elemento está suministrando o recibiendo

energía debemos conocer tanto la polaridad del voltaje a través del elemento como la

dirección de la corriente en dicho elemento, por lo tanto lo anterior de la corriente en

dicho elemento, por lo tanto lo anterior se concluye de la siguiente manera:

Ejemplo: a) Determinar la potencia absorbida por cada uno de los elementos. b)

Determinar la potencia entregada por cada uno de los elementos.

Circuito eléctrico: Conjunto de dispositivos eléctricos interconectados de alguna forma de

tal manera que exista una trayectoria cerrada por donde circule una I eléctrica.

Clasificación de los

elementos de un

circuito

Red eléctrica: la interconexión de dos o más elementos de circuitos simples forman una

red eléctrica; si contiene al menos una trayectoria cerrada, también es un circuito

eléctrico. Nota: ¡pero no todas las redes son circuitos!

FUENTES DE TENSION Y DE CORRIENTE

Fuentes ideales o independientes

a) Fuente de voltaje independiente (ideal): elementos de 2 terminales que mantienen

una diferencia de potencial entre sus terminales cuyo valor es independiente de la i

atreves de él.

b) Fuente de i independiente (ideal): elemento de 2 terminales a través del cual fluye una

I especificada cuyo valor es independiente del voltaje entre sus terminales.

2. Fuentes dependientes o controladas

Caracterizadas porque su valor de salida está determinado por un voltaje o corriente

existente en otro punto del sistema que se analiza, este tipo de fuentes aparecen en los

modelos eléctricos equivalentes de muchos dispositivos electrónicos tales como:

transistores, amplificadores operacionales etc.

Existen cuatro tipos de fuentes dependientes:

A) Fuente de corriente controlada por corriente;

B) Fuente de corriente controlada por voltaje;

C) Fuente de tensión controlada por tensión;

D) Fuente de tensión controlada por corriente.

Resistor: Elemento pasivo simple de mayor aplicación que se define como cualquier

elemento que ostente de modo exclusivo la resistencia eléctrica como su principal

característica eléctrica.

*Unidad de medida: ohm Ω

*Dispositivo de 2 terminales

*Característica: Resistencia eléctrica

LEY DE OHM

George Simón Ohm tiene el crédito de formular la relación voltaje-corriente en un

resistor, cuya ley formula lo siguiente “El voltaje a través de un resistor es directamente

proporcional a la I que circula por el”

Es decir: R

( )

(

)

Resistencia (R) en ohm o Ω

Conductancia (G) en mho o siemens (s).

Lazo: trayectoria cerrada en la cual en nodo de inicio es

también el punto final del recorrido.

Rama: elemento general con un nodo en cada extremo.

Nodo: es la conexión común de dos o más elementos generales.

Ejemplo: Determinar el número de nodos, ramas y lazos del siguiente circuito.

1ª Ley de Kirchhoff (L.C.K) “La suma algebraica de las corrientes que salen de cualquier

nodo es igual a cero”.

2ª Ley de Kirchhoff (L.V.K) “La suma algebraica de los voltajes alrededor de cualquier

trayectoria cerrada es igual a cero”.

CIRCUITOS BÁSICOS DE C.D.

a) Circuitos serie: es aquel en el cual la corriente es la misma constante en todos los

elementos del circuito serie.

Divisor de voltaje circuito serie. Aplicable solamente a circuitos en serie

b) Circuito paralelo: aquel en el cual la diferencia de potencial es la misma constante en

todos los elementos con la existencia de solo un par de nodos.

* Req. De dos resistencias en paralelo.

Divisor de corriente. Aplicable solamente a circuitos en paralelo.

Fuentes en serie y en paralelo

Fuentes de voltaje en serie

Fuentes de corriente en paralelo

ANÁLISIS NODAL: consiste en la aplicación de L.C.K. a los nodos de un circuito, en donde

las incógnitas involucradas representan voltajes nodales.

Procedimiento:

Paso 1. Identificar todos los nodos del circuito bajo análisis.

Paso 2. Definir un nodo de referencia por lo general es aquel al cual está conectado el

mayor número de ramas.

Paso 3. Se definen los voltajes nodales entre cada uno de los nodos y el nodo de

referencia.

Paso 4. Se aplica la L.C.K a cada uno de los nodos excepto al nodo de referencia.

Paso 5. Se resuelve el sistema de ecuaciones generado en el paso anterior y se relaciona

su solución con la incógnita particular buscada.

Ejemplo 1 - Análisis nodal- Determinar Vx utilizando Análisis Nodal

Ejemplo 2 - Análisis nodal- El supernodo -Determinar utilizando Análisis Nodal

ANÁLISIS POR MALLAS: consiste en la aplicación de L.V.K. alrededor de ciertas

trayectorias determinadas mallas, en donde las incógnitas involucradas representan

corrientes de mallas.

*Malla: es una trayectoria cerrada que no contiene lazos o ramas en su interior.

*Circuito Plano: aquel que puede implementarse en el plano sin encimarse.

Procedimiento:

Paso 1. Se identifican todas las mallas del circuito plano bajo análisis.

Paso 2. Definir en sentido arbitrario las corrientes de malla, aunque con la presencia de

fuentes de corriente es recomendable definir el sentido de la corriente de malla en el

mismo sentido que tenga la fuente.

Paso 3. Se aplica la L.V.K a cada uno de las mallas del circuito.

Paso 4. Se da solución al sistema de ecuaciones generado en el paso anterior y se

relaciona con la incógnita buscada.

Ejemplo 1 - Análisis por mallas- Encuentre Vx por análisis de mallas

Ejemplo 1 - Análisis por mallas-Supermalla Encuentre V3 por análisis de mallas