Análisis de circuitos clase 1 Introduccion 2015
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El documento describe diferentes tipos de representaciones de circuitos eléctricos, incluyendo representaciones icónicas, diagramáticas, de bloques y gráficas. También describe la simulación analógica y digital de circuitos usando software como SPICE, así como el uso de notación de ingeniería para expresar magnitudes eléctricas.
Análisis de circuitos clase 1 Introduccion 2015
- 2. Cuando se tienen dos o mas elementos simples de un circuito conectados entre sí, estos forman un red eléctrica. Si esta red contiene por lo menos una trayectoria cerrada, a través de la cual circulan las corrientes eléctricas, se conoce como un circuito eléctrico.
- 4. Una red eléctrica que contiene por lo menos un elemento activo (una fuente de voltaje o de corriente) se llama red activa; mientras que una red que no contiene ningún elemento activo será red pasiva. Con dependencia en el tipo de elementos que contenga un arreglo de elementos, será el nombre que reciba; por ejemplo, un arreglo formado exclusivamente por resistores será un arreglo resistivo (R).
- 5. Cuando contiene resistores e inductores, será un arreglo resistivo – inductivo (RL); será resistivo-capacitivo (RC) cuando sea una conexión formada por resistores y capacitores ó bien será un arregló RLC (resistivo-inductivo-capacitivo) cuando lo integren elementos pasivos de los tres tipos que se han visto.
- 6. Cuando contiene resistores e inductores, será un arreglo resistivo – inductivo (RL); será resistivo-capacitivo (RC) cuando sea una conexión formada por resistores y capacitores ó bien será un arregló RLC (resistivo-inductivo-capacitivo) cuando lo integren elementos pasivos de los tres tipos que se han visto.
- 7. A continuación se verán algunos aspectos básicos en los que se refiere a la representación y los tipos más usados en la solución de problemas en ingeniería, en lo general, y en análisis de circuitos en particular.
- 8. REPRESENTACIÓN ICÓNICA Es el tipo de representación que se utiliza para aquellas reproducciones de seres u objetos de la vida real; pueden ser en dos dimensiones (en un plano) o tres dimensiones.
- 9. REPRESENTACIÓN DIAGRAMÁTICA Esta forma de representación, aun cuando no tiene parecido alguno con su prototipo refleja alguna realidad del mismo. Diagramas esquemáticos Se utilizan para construir una replica de los circuitos reales y para ayudar a localizar fallas en su funcionamiento. Es decir son una especie de mapas que ayudan al experimentador a llevar un seguimiento del sistema en cada una de sus partes.
- 12. DIAGRAMAS DE UN CIRCUITO EQUIVALENTE Es una representación muy relacionada con la idea del modelo de un circuito. Se obtiene al reemplazar en el diagrama esquemático, los símbolos de cada componente, por su circuito equivalente. El circuito equivalente se forma a partir de los cinco elementos ideales y de los símbolos extras que designan las condiciones ideales de un circuito.
- 13. DIAGRAMAS A BLOQUES Se utilizan para ayudar al experimentador y al diseñador a describir la operación, de manera global y general de un dispositivo, un instrumento o equipo o todo un sistema, que en su esencia resultan complejos. La idea es utilizar dibujos de forma de rectangulos, llamados bloques, para cada uno de los cuales existe una o varias vías de entrada y una o mas vías de salida.
- 14. DIAGRAMAS A BLOQUES Los bloques se dibujan ordenadamente para que describan la secuencia del proceso que representan.
- 16. REPRESENTACIÓN GRÁFICA Este tipo de representación, mediante segmentos de recta, barras, sectores circulares, curvas es posible representar magnitudes de naturaleza muy diversa como temperatura, tiempo, presión, intensidad de corriente, potencia eléctrica. Este tipo de representación es útil para fines de comunicación y predicción de fenómenos o procesos.
- 18. REPRESENTACIÓN MATEMÁTICA La expresión 𝑣 𝑡 = 𝐴𝑠𝑒𝑛𝜔𝑡 Es un modelo matemático que describe la forma en que un voltaje adquiere valores instantáneos en función del tiempo y predice el valor de dicho voltaje cuando se conoce el valor del tiempo en 𝑡 en segundos, la amplitud 𝐴 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠 y la frecuencia 𝜔 𝑟𝑎𝑑 𝑠 .
- 19. Con este nombre se reconoce al conjunto de figuras, formas, o imágenes mediante las que se representan conceptos e ideas. Cada símbolo construye de acuerdo con alguna relación que existe entre la propia imagen que lo constituye y el entendimiento que el conocimiento percibe a través de ella.
- 20. En el estudio de los circuitos eléctricos y electrónicos también se usan los símbolos que representan a los diferentes elementos, dispositivos, sistemas y procesos. Con base a ellos se hacen las diversas representaciones que se han mencionado, lo cual facilita enormemente el estudio y el conocimiento de sistemas y circuitos complejos como los que en la actualidad utilizan los diversos campos de la tecnología y la ciencia.
- 21. A continuación se presentan algunos de los símbolos mas usados para representar los elementos y dispositivos en el área de electrónica.
- 23. A la técnica que consiste en realizar experimentación y observación sobre una representación de un objeto o sistema real, se le conoce como simulación. En electrónica se utilizan principalmente dos tipos de simulación la analógica y la digital.
- 24. A diferencia de la simulación icónica, en el cual las realidades físicas se reducen a modelos en todo semejantes al prototipo, existe la simulación analógica, en la que el modelo no tiene ningún parecido físico con su prototipo.
- 25. En este tipo de simulación se utilizan los sistemas electrónicos que son los encargados de llevar y traer señales eléctricas desde el lugar donde se originan hasta algún puesto de control y seguimiento. De hecho, el mundo real es analógico y a través de estos sistemas, este mundo puede ser simulado en un tablero de control o en el monitor de alguna computadora, quedando representado por símbolos, luces colores, sonidos, cada uno con un significado definido por los experimentadores.
- 26. Básicamente consiste en una serie de cálculos numéricos realizados paso a paso y de una serie de decisiones, con pequeños intervalos de variación, realizadas conforme a un conjunto de reglas especificas. Esta característica la hace adaptable a una computadora digital.
- 27. El proceso de simulación, digital y analógica, además de hacer posible la experimentación y mejores predicciones, presenta la ventaja adicional de una escala de tiempos reducida; es decir, por estos medios es posible simular años de tiempo real en horas o minutos. Estos tipos de simulación, realizados en tiempos sorprendentemente cortos, sintetizan experiencias que, en condiciones normales, requieren de años para adquirirlas. Esta cualidad de ahorro de tiempo es una ventaja notable de la simulación.
- 28. Las computadoras y calculadoras son ampliamente usadas para el análisis y diseño de circuitos. El software que se suele emplear para este propósito incluye el de simulación (tal como Multisim, Proteus y PSpice) y el de análisis numérico como Mathcad y Matlab.
- 29. El software de simulación resuelve problemas al emular el comportamiento de los circuitos eléctricos y electrónicos en vez de resolver conjuntos de ecuaciones. Para analizar un circuito, se “construye” en la pantalla mediante la selección de componentes (resistores, capacitores, transistores, etc.) de una biblioteca de partes, los cuales se colocan e interconectan para formarlo. Se puede cambiar el valor de los componentes, las conexiones y las opciones de análisis de forma instantánea con un clic del ratón.
- 32. La mayoría de los paquetes de simulación usan una máquina de software llamada SPICE, el acrónimo en inglés de Programa de Simulación con Énfasis en Circuitos Integrados. Tres de los productos más populares son Pspice, Multisim, y Proteus las herramientas de simulación que se usan mas comunmente. Cada una tiene sus ventajas, Multisim modela acercándose más a una mesa de trabajo real (completa con medidores reales) que Pspice y Proteus.
- 33. Los valores eléctricos varían tremendamente en tamaño. Por ejemplo, en los sistemas electrónicos los voltajes pueden variar desde unas cuantas millonésimas de volt hasta varios miles de volts, mientras que en sistemas de potencia son comunes los voltajes de hasta varios cientos de miles. Para manejar este gran intervalo, se usa la notación de potencias de diez utilizaremos la siguiente tabla.
- 35. Para expresar un número en la notación de potencia de diez, se mueve el punto decimal a donde se quiera, y entonces se multiplica el resultado por la potencia de diez requerida para restaurar el número a su valor original. Entonces, 247 000 = 2.47 × 105. (El número 10 se llama la base y su potencia se llama el exponente.)
- 36. Una manera fácil de determinar el exponente es contar el número de lugares (derecha o izquierda) que se mueve el punto decimal. Esto es
- 37. De manera similar, el número 0.00369 se puede expresar como 3.69 × 10−3 como se ilustra abajo.
- 38. En el trabajo científico es común encontrar números muy grandes y muy pequeños expresados en notación de potencias de 10. Sin embargo, en ingeniería, ciertos elementos de estilo y práctica estándar han hecho surgir lo que se conoce como notación de ingeniería, en la cual es más común usar prefijos en lugar de potencias de 10.
- 39. Los prefijos más comunes (junto con sus símbolos) se enlistan en la tabla siguiente. (Nota: La notación va en potencias de 10 de tres en tres.)
- 40. Como ejemplo, mientras que una corriente de 0.0045 A (amperes) puede expresarse como 4.5 × 10−3 𝐴 , se prefiere expresar como 4.5 𝑚𝐴 𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑜 4.5 𝑚𝑖𝑙𝑖𝑎𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒𝑠 . De aquí en adelante se usará la notación de ingeniería casi exclusivamente.