Circuitos Electricos

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Introducción a la ingeniería electrónica
(Circuitos)
Luis Fernando Robles Benítez
Universidad popular del cesar
Valledupar-cesar
2020
Introducción
En el siguiente trabajo vamos a encontrar mucho contenido que nos ayudara en nuestro proceso de estudio y aprendizaje de la carrera ingeniería electrónica, trataremos un tema en específico este recibe el nombre de circuitos, vamos a encontrar todo lo relacionado en este tema. 
Fundamentos y conceptos básicos de circuitos eléctricos.
· Efectos eléctricos: Son instantáneos en todo el circuito dado es físicamente pequeño, las señales eléctricas afectan a todos los elementos del circuito simultáneamente.
· La carga neta de los componentes: Siempre es CERO.
· Efectos magnéticos: No existe acoplamiento magnético entre los componentes del sistema.
Variables físicas fundamentales relacionadas con el fenómeno eléctrico.
· Carga eléctrica: Es representada por una unidad cuantificada de electrones. Esta es denominada Coulomb[C]. En honor a Charles-Augustin de Coulomb, ingeniero francés.
 
· Flujo magnético: Es la cantidad de magnetismo o líneas magnéticas que atraviesan una superficie. Su unidad de medida es Weber [Wb].
Voltaje o diferencia de potencial.
Es la variación temporal del flujo magnético.
 
 
También es definido como la energía requerida para mover una unidad de carga. 
 V = dw/dq
Su unidad de medida es denominada los Volts [V] por el sistema internacional de unidades en honor Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta desde 1881.
Corriente eléctrica o intensidad de corriente.
Es la variación temporal de la carga eléctrica.
 i = dq/dt
Su unidad de medida es el Amper denominado así por el sistema internacional de unidades en honor a André-Marie Ampére físico francés.
Potencia y energías.
Energía (W) es capacidad que tiene la materia de producir trabajo en forma de movimiento, luz, calor, etc. Definida en Joules [J].
La potencia (p) es la razón de cambio de la energía por unidad de tiempo definida por su unidad de medida que es el Watts [W]
Elementos de circuitos.
· Red o fuente de alimentación: es la encargada de suministrar la energía al circuito eléctrico. Estas pueden ser de:
Corrientes alternas: es el tipo de corriente que utilizamos en nuestras casas, para poner en funcionamiento todos nuestros electrodomésticos, sus siglas son C.A.
Corriente Continuas: C.C. Es el tipo de corriente que encontramos en las pilas, baterías y en las fuentes estabilizadas de c.c como resultados de la transformación de C.A en C.C.
Partes constitutivas.
· Bobina: Su característica principal es que almacena la corriente que circula por ella en forma de campo magnético.
· Resistencia: Es el encargado de recibir y transformación la energía que se toma de la fuente de alimentación.
· Condensador: elemento capaz de almacenar energía eléctrica.
Elementos activos.
Son aquellos componentes que son capaces de excitar los circuitos o de realizar ganancia o control de este, fundamentalmente son los generadores eléctricos y ciertos componentes semiconductores.
Elementos pasivos.
Los elementos pasivos, por otra parte, son aquellos que no producen amplificación, pero sirven para interconectar a los activos para que cumplan su función.
Tipos de fuentes.
Voltímetros y amperímetros.
Conceptos previos.
Elementos duales: Son aquellos cuyas ecuaciones de definición son duales. Así, un condensador y una bonina son duales, una resistencia y una conductancia, una fuente de tensión con una fuente de intensidad y un cortocircuito con un circuito abierto.
Circuitos duales: Dos circuitos son duales cuando sus configuraciones o grafos lo son u, además, las ramas duales están formadas por elementos duales (el ejemplo más conocido es el de los circuitos Thevenin/Norton).
 
Dualidad.
Tensión--------------------------- Corriente
Circuito paralelo---------------- Circuito serie
Resistencia---------------------- Conductancia
Capacitancia-------------------- Inductancia
Cortocircuito-------------------- Circuito abierto
Dos resistencias en serie---- Dos conductancias en paralelo
Ley de corrientes de Kirchhoff—Ley de tensiones de Kirchhoff
Teorema de Thévenin--------- Teorema de Norton
Ley de ohm.
 
Determina la relación entre la corriente y la resistencia de manera lineal a el voltaje.
 
Dado que la corriente y el voltaje lo definimos previamente, otra forma de verlo es la siguiente:
 
Georg Simon Ohm. Fue un físico y matemático alemán que aportó a la teoría de la electricidad la ley de Ohm, conocido principalmente por su investigación sobre las corrientes eléctricas.
Resistencia.
Se le denomina resistencia eléctrica a la oposición al flujo de corriente eléctrica a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán Georg Simon Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre. 
Su unidad de medida es el Ohm denotado con un omega mayúscula.
Teniendo esto, la operación sería el primer color(C1) con el segundo color (C2) esto multiplicado por el tercer color(C3) y el resultado se presenta en Ohm
 C1C2XC3=
RESISTENCIAS EN PARALELO
Decimos que dos resistencias están en paralelo cuando los terminales de salida están unidos entre si al igual que los terminales de entrada.
 
 
CALCULO DE RESISTENCIAS EN PARALELO EQUIVALENTE
El circuito de la figura 1 se puede reemplazar por un único resistor, de esta manera reducimos el costo del circuito y la cantidad de componentes necesarios.
Para calcular la resistencia equivalente tenemos que hacer el siguiente cálculo de la figura 2, esto es posible gracias a que en conexiones en paralelo la tensión entre sus terminales es la misma y mediante la ley de ohm se puede establecer esta relación.
Cálculo de resistencias en equivalente
 
La suma de las inversas de cada resistor en paralelo da como resultado la inversa de la resistencia equivalente, para finalmente encontrar el valor de la resistencia equivalente tenemos que despegar RE.
Cálculo de resistencia equivalente en paralelo
 
Supongamos que tenemos el siguiente circuito y queremos colocar una resistencia equivalente a las tres que se encuentran conectadas, donde R1 = 1KΩ, R2 = 4,7KΩ y RN = 10KΩ son alimentadas por una pila de 10V.
Si aplicamos la fórmula de la figura 2 nos da una resistencia equivalente de 761Ω y aplicando ley de ohm obtenemos que por ella circulará una corriente de 13,1mA.
Es importante notar que la resistencia equivalente siempre será menor o igual a la menor de las tres, esta conclusión resulta del análisis de la fórmula original de la figura 2.
RESISTENCIAS EN SERIE
Decimos que dos resistencias están en serie cuando la entrada de una está conectada a la salida de la otra.
En un circuito serie puramente resistivo la corriente que circula por cada resistencia es la misma, eso produce que total a la que se tiene que enfrentar la corriente para circular es la suma de todas las resistencias, con lo cual la resistencia equivalente de un circuito serie es la suma de todas las resistencias.
CALCULO DE RESISTENCIAS EN SERIE EQUIVALENTES
Para calcular la resistencia en serie equivalente solo tenemos que realizar la suma de todos los resistores que forman parte de la rama serie.
Resistencia Mixta:
Cuando un conjunto de resistencias en serie está conectado con un conjunto de resistencias en paralelo se les llama que están conectadas de forma mixta.
Para calcular la resistencia total del circuito se tiene que simplificar las resistencias que están en serie y las que están en paralelo, así que el conjunto de resistencias se resuelve por separado y el resultado cadavez será más sencillo y al final estas se suman, obteniendo así la resistencia total.
Conductancia.
Se define como la proporción entre la corriente y la tensión (G). Su unidad de medida son los Simmens denotada por una S mayúscula.
 
Conductividad.
Conductividad: la conductividad eléctrica es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. También es definida como la propiedad natural características de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los electrones pueden pasar por él.
Una de las características más importantes de estos materiales es que varía con la temperatura.
Resistividad.
Todas las sustancias se oponen en mayor o menor grado al paso de la corriente eléctrica, esta oposición es a la que llamamos resistencia eléctrica. Los materiales buenos conductores de la electricidad tienen una resistencia eléctrica muy baja, los aisladores tienen una resistencia muy alta.
Se le llama resistividad al grado de dificultad que encuentran los electrones en sus desplazamientos.
Conductores eléctricos.
Es toto material por el cual las cargas se pueden mover fácilmente, o también pueden moverse con menor oposición.
Un material eléctrico posee una baja resistencia eléctrica al paso de la corriente eléctrica. Los metales son excelentes conductores el mejor es la plata y es mas usado es el cobre.
Dieléctricos.
Es todo material que se puede ocupar como aislante eléctrico pues en el no pueden fluir las cargas eléctricas con facilidad.
Semiconductores.
Son materiales que tienen propiedades de conductor o dieléctrico, cuando se modifica su conductancia eléctrica.
Leyes de Kirchhoff.
Las leyes de Kirchhoff del voltaje y la corriente están en el corazón del análisis de circuitos. Con estas dos leyes, más las ecuaciones para cada componente individual (resistor, capacitor, inductor), tenemos el conjunto de herramientas básicas que necesitamos para comenzar a analizar circuitos.
Ley de Kirchhoff de tensión: La suma algebraica de las tensiones alrededor de cualquier lazo es nula.
 
Ley de Kirchhoff de Corriente: La suma algebraica de los corrientes en cualquier nodo es nula.
 
Estas leyes nos permiten resolver los circuitos utilizando el conjunto de ecuaciones al que ellos responden.
Sistemas de unidades.
Un sistema de unidades es un conjunto de unidades de medida consistente, normalizado y uniforme. En general definen unas pocas unidades de medida a partir de las cuales se deriva el resto. Existen varios sistemas de unidades.
 El Sistema internacional unidades es el sistema de unidades que se usa en casi todos los países del mundo. Está constituido por siete unidades básicas: amperio, kelvin, segundo, metro, kilogramo, candela y mol, además de muchas unidades derivadas de las cuales veintidós tienen nombres especiales, prefijos para denotar múltiplos y submúltiplos de las unidades y reglas para escribir el valor de las magnitudes.
Las unidades del SI constituyen referencia internacional de las indicaciones de los instrumentos de medición, a las cuales están referidas mediante una concatenación ininterrumpida de calibraciones o comparaciones.
Una de las características trascendentales del SI es que sus unidades se basan en fenómenos físicos fundamentales. La excepción única era la unidad de magnitud masa, el kilogramo. Originariamente era definida como «la masa del prototipo internacional del kilogramo», un cilindro de platino e iridio almacenado en una caja fuerte de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas. Esto permitía lograr contrastar con instrumentos similares, utilizados y calibrados en lugares distantes y, por ende, asegurar —sin necesidad de duplicación de ensayos y mediciones— el cumplimiento de las características de los productos que son objeto de transacciones en el comercio internacional, su intercambiabilidad.
Instrumentos de medición.
1) Manómetro:
Instrumento para medir la presión de los fluidos, basado en la igualdad de presiones en diversos puntos de un plano horizontal de un líquido en equilibrio (manómetro de columna líquida), o en la deformación de metal por efecto de la presión (manómetro de deformación). El manómetro de émbolo se usa para medir grandes presiones, y el vacuómetro, para las presiones muy bajas.
2) Termómetro:
Instrumento que sirve para medir la temperatura. El más usual se compone de un tubo de vidrio, uno de cuyos extremos contiene un líquido, por lo común mercurio, alcohol o azogue, que se dilata o se contrae a lo largo del tubo por el aumento o la disminución de la temperatura, señalando en una escala los grados de temperatura.
3) Balanza:
Instrumento de formas muy variadas para medir masas y pesos.
4) Reloj:
Instrumento o máquina para medir el tiempo o para dividir el día en horas, minutos y segundos.
5) Barómetro:
Instrumento para medir la presión atmosférica; puede ser de mercurio o metálico
(Aneroide).
6) Voltímetro:
Aparato que mide en voltios la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito.
7) Amperímetro:
Aparato para medir las intensidades de corriente eléctrica, graduado en amperes o fracciones de este.
8) Cinta Métrica:
Este instrumento se utiliza para medir longitudes. Este compuesto de una cinta o regla la cual esta expresada en metros y pulgadas.
9) Fotómetro:
Instrumento para medir la intensidad de la luz. Puede ser visual o fotoeléctrico.
10) Fotómetro:
Es un instrumento óptico que sirve para medir focales, tanto de lentes aisladas, como de conjuntos ópticos (objetivos u oculares).
11) Dioptómetro:
Es un instrumento óptico que sirve para medir potencias, tanto de lentes aisladas, como de conjuntos ópticos (objetivos u oculares).
12) Frecuencímetro:
Instrumento que se utiliza para medir las oscilaciones por seg. de una onda (frecuencia) senoidal, cuadrada o dientes de sierra.
13) Vatímetro:
Es un aparato que se utiliza para medir el consumo de energía de un circuito en watts, está formado internamente por un voltímetro y un amperímetro.
14) Areómetro:
Instrumento que se utiliza para medir la densidad del aire y otros gases.
15) Nivel:
Es un instrumento que se utiliza para medir el ángulo de una superficie.
16) La protoboard / breadboard 
Es un dispositivo muy utilizado para probar circuitos electrónicos. Tiene la ventaja de que permite armar con facilidad un circuito, sin la necesidad de realizar soldaduras.
Si el circuito bajo prueba no funciona de manera satisfactoria, se puede modificar sin afectar los elementos que lo conforman. La protoboard tiene una gran cantidad de orificios en donde se pueden insertar con facilidad los terminales de los elementos que conforman el circuito.
Recomendaciones para el mejor uso de una protoboard
· Trabajar en orden.
· Utilizar las “pistas” horizontales superiores e inferiores para conectar la fuente de poder para el circuito en prueba.
· Usar cable rojo para el positivo de la fuente y el negro para el negativo de la misma.
· La alimentación del circuito se hace desde las pistas horizontales, no directamente desde la fuente.
· Ordenar los elementos del circuito de manera que su revisión posterior por el diseñador u otra persona sea lo más fácil posible.
· Es recomendable evitar, en lo posible, que los cables de conexión que se utilicen entre dos partes del circuito sea muy larga y sobresalga del mismo.
Conclusión
Aprendimos muchas cosas, dos leyes que son indispensables para nuestro trabajo, sobre algunas medidas e instrumentos de medición que utilizaremos a lo largo de este proceso y especialmente sobre los circuitos que como pudimos ver están en la mayoría de las cosas que utilizamos y gracias a sus fórmulas hallaremos diversos tipos de cosas.