Circuitos Eléctricos I

Año 2001 - Primer Semestre

Ingeniería Electrónica - Ingeniería Eléctrica - Ingeniería en Computación

 

TEMA 1: Principio de los Circuitos Eléctricos.

Introducción. Principio de conservación de la energía. Carga eléctrica. Átomo, sus componentes. El electrón. La energía y el átomo. Símbolos Eléctricos. Unidad de la Carga Eléctrica. Sistema Internacional de Unidades. La materia. Portadores de carga. Tipo de materiales. Corriente eléctrica. Material conductor. Carga, desplazamiento, tiempo, velocidad y corriente. Comportamiento de las cargas eléctricas. Limitaciones. Variación de la carga eléctrica con el tiempo. La corriente media. La corriente instantánea. Análisis dimensional. Símbolos. Casos particulares. Corriente continua. Representación de la corriente eléctrica. Consecuencias de las limitaciones de la carga eléctrica. La corriente negativa. Generadores de corriente. Cálculo de la carga eléctrica.

Tensión eléctrica. Introducción. Campo producido por un cuerpo cargado. Potencial y superficies potenciales. Tensión eléctrica. La pila. Tensiones continuas o variables. Unidades. Símbolos. La tensión negativa. Generador de tensión continua y variable.

Elementos Simples. Clasificación de los elementos. Circuito eléctrico. Elementos de un circuito. Convención pasiva de signos. Fuentes de energía eléctrica.

Potencia y Energía. Introducción. Energía y Trabajo. Potencia Eléctrica. Análisis dimensional. Potencia entregada por un generador. Potencia en un elemento pasivo. Análisis del comportamiento energético de elementos de un circuito. Balance de potencia. Interpretación de resultados.

Circuito eléctrico: modelo. Principio de conservación de la carga. Nodo. Nodo de conexión entre dos elementos. Elementos en serie. Malla. Conexión de varios elementos a un nodo. Conexión entre dos elementos en sus dos bornes. Elementos conectados en paralelo. Generalización. Leyes de Kirchhoff. La Ley de Corriente de Kirchhoff. La Ley de Tensiones de Kirchhoff. Aplicaciones. Circuito de una malla. Circuito de un par de nodos. Partes de un circuito. Nodos. Trayectorias. Trayectorias abiertas. Trayectorias cerradas. Principio de conservación de la energía. Análisis de un circuito eléctrico.

Fuentes: Tipos de señales. Continua. Senoidal. Escalón. Rampa. Cuadrada. Triangular. Características. Expresiones matemáticas para la representación de estas señales. Representación gráfica de: tensión, corriente y potencia, en función del tiempo.

 

TEMA 2: Circuito Resistivo

El Circuito Resistivo: Corriente. Tensión. Potencia. Ley de Ohm. Análisis de los circuitos de un solo lazo y de un solo par de nodos.

Técnicas para el análisis de circuitos: Sistemas de ecuaciones para la resolución de circuitos eléctricos. Resistencias y Conductancias equivalentes. Divisor de tensión. Divisor de corriente. Gráficas de tensión, comente y potencia, en función del tiempo.

Fuente ideal y fuente real: de tensión y de corriente. Relación tensión - corriente sobre la carga. Representación gráfica tensión - comente, recta de carga, curva de potencia constante. Características de las fuentes a partir del comportamiento de la carga. La resistencia interna. Limitaciones de la carga. Transformación de fuentes. Teorema de máxima transferencia de potencia. Representación gráfica de la potencia en función de la resistencia de carga. Potencia instantánea y potencia promedio. Transformación de fuentes. Teorema de Thévenin. Teorema de Norton. Dualidad. Análisis de nodos. Análisis de mallas.

Circuitos Lineales: Transformación Lineal y Linealidad. Elementos de un circuito lineal. Aplicación de Transformación Lineal para determinar si un elemento es lineal. El Principio de Superposición.

 

TEMA 3: Circuito Capacitivo

El capacitor. Capacitancia. Potencia y energía en un capacitor. Gráficas de tensión, comente y potencia, en función del tiempo, en un capacitor. Principio de Conservación de la carga. El capacitor equivalente. Divisor de tensión. Divisor de corriente.

Circuitos con Resistencias y Capacitores. Representación gráfica de: tensión, corriente y potencia.

Circuitos sin fuentes: Respuesta a las condiciones iniciales. La constante de tiempo.

Excitación continua: Circuitos con fuentes de continua: La respuesta forzada. La respuesta total del circuito. Circuitos con fuentes y llaves. La función escalón unitario.

Excitación Senoidal: Circuitos con excitación senoidal: La respuesta forzada. Amplitud y fase de tensión y corriente en un circuito. La constante de tiempo y la respuesta a una excitación senoidal.

Circuitos Lineales: Linealidad y Principio de Superposición.

La Función Excitación Compleja: Aplicación de la linealidad y superposición para circuitos Resistivos y Capacitivos con excitación senoidal. La creación de la función excitación compleja. El fasor. Relaciones fasoriales. Impedancia. Admitancia. Respuesta forzada a una excitación senoidal, a partir de la respuesta a una excitación compleja. Amplitud y fase en un circuito RC. Diagramas Fasoriales. La respuesta en función del tiempo. Aplicación de las técnicas de análisis de circuitos para excitación compleja.

 

TEMA 4: Circuito Inductivo

El inductor, inductancia. Potencia y energía en un inductor. Gráficas de tensión, corriente y potencia, en función del tiempo, en un inductor. El inductor equivalente. Circuitos Acoplados y Transformadores: Generalidades. Acoplamiento magnético. Inductancia mutua. Transformador ideal. Relación de transformación.

Circuitos con Resistencias e Inductores: Representación gráfica de: tensión, corriente y potencia.

Circuitos sin fuentes: Respuesta a las condiciones iniciales. La constante de tiempo.

Excitación continua: La respuesta forzada en el inductor. La respuesta total del circuito. Circuitos con fuentes y llaves. La función escalón unitario.

Excitación Senoidal: La respuesta forzada en un inductor. Amplitud y fase de la tensión y corriente. La constante de tiempo y la respuesta a una excitación senoidal.

La Función Excitación Compleja: Aplicación a un inductor. La función de excitación compleja aplicada a circuitos RLC. El fasor. Relaciones fasoriales. Impedancia. Impedancia equivalente. Admitancia. Admitancia equivalente. Obtención de la respuesta forzada a una excitación senoidal, a partir de la respuesta a una excitación compleja. Amplitud y fase de una variable eléctrica del un circuito RLC. Diagramas Fasoriales. La respuesta en función del tiempo. Aplicación de métodos y técnicas para el análisis de circuitos RLC.

 

TEMA 5: Potencia

Potencia instantánea. Valor medio de la corriente, de la tensión y de la potencia. Representaciones gráficas en función del tiempo. Valor eficaz de la corriente y de la tensión. Potencia Promedio. Potencia Aparente. Factor de Potencia. Potencia compleja. Potencia activa. Potencia reactiva. Diagrama de impedancia o admitancia. Diagrama fasorial. Triángulo de potencia. Compensación del factor de potencia.

 

TEMA 6: Respuesta en frecuencias y Resonancia

Circuitos con excitación senoidal: Circuitos serie o paralelo: Resistivo. Resistivo y Capacitivo. Resistivo e Inductivo. Resistivo, Capacitivo e Inductivo. La ecuación característica del circuito en el dominio del tiempo. La aplicación de excitación compleja para su análisis. La respuesta forzada. Diagramas de impedancia o admitancia. Diagramas fasoriales. Diagramas de respuesta en frecuencias: Módulo y ángulo de la impedancia o admitancia. Amplitud y fase de la tensión o corriente. Relaciones entre los diferentes diagramas.

Resonancia: Definición. Circuitos RLC serie o paralelo. La frecuencia de resonancia. El factor de calidad. El ancho de banda. Representación de la tensión o corriente en función de la frecuencia.

 

BIBLIOGRAFÍA:

- Torres de Zamora, María; "Principios de los Circuitos Eléctricos". Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. UNT. 2001.

- Torres de Zamora, María; "Circuitos Eléctricos I". Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. UNT. 2001.

- William H. Hayt, Jr. - Jack E. Kemmerly; "Análisis de Circuitos en Ingeniería" Mc Graw Hill, México 1993.

- Raymond A De Carlo - Pen Min Lin; "Linear Circuit Analysis" Prentice Hall, New Jersey 1995.

- Skilling, Hugh H. Circuitos en Ingeniería Eléctrica, CECSA México, 1980.

- Pueyo Héctor - Carlos Marco; "Análisis de modelos circuitales" Arbó, Argentina 1981.

 

Prof. Ing María Torres de Zamora