Redes y circuitos
En el área de la
electricidad, a menudo interesa comunicar o transferir energía de un punto a
otro. Hacerlo requiere una interconexión de dispositivos eléctricos. A tal
interconexión se le conoce como circuito
eléctrico, y a cada componente del circuito como elemento.
La interconexión de dos o más
elementos de circuitos simples forma una red
eléctrica; si contiene una trayectoria cerrada se denomina circuito eléctrico.
Un circuito eléctrico es una interconexión
con una trayectoria cerrada de elementos eléctricos.
Nota: cada circuito es una red, ¡pero no todas las redes son circuitos!
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| Figura 1. Red y circuito. |
Para diferenciar entre un circuito y una red, se considera a una red como una interconexión de elementos o dispositivos, mientras que un circuito es una red que contiene una o más trayectorias cerradas.
Por análisis de
un circuito se entiende un estudio del comportamiento del circuito: ¿Cómo
responde a una entrada determinada? Y ¿Cómo interactúan los elementos y
dispositivos interconectados en el circuito?
ELEMENTOS DE CIRCUITOS
Un elemento de circuito simple es el modelo matemático de un
dispositivo eléctrico de dos terminales, que puede caracterizarse por completo
mediante su relación tensión-corriente.
Los elementos de
un circuito se pueden clasificar en dos grandes categorías, elementos activos y elementos pasivos, teniendo en cuenta la energía entregada a ellos o por ellos.
Un elemento activo es capaz de generar
energía como por ejemplo los generadores, las baterías, los amplificadores
operacionales y las fuentes de tensión y de corriente; mientras que un elemento pasivo no genera energía sino
que la consume o almacena, como por ejemplo los resistores, los capacitores y
los inductores.
Resistencia: en este elemento la tension entre sus terminales es directamente proporcinal a la corriente que pasa a traves de dicha resistencia. Su unidad son los Ohmios (Ω).
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| Figura 2. Resistencia eléctrica. |
Inductancia: El voltaje en terminales de este
elemento varía directamente proporcional a la derivada de la corriente con
respecto al tiempo
. Su unidad son los Henrios (H).
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Figura 3. Inductancia.
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Capacitancia: La tensión
entre sus terminales es proporcional a la integral de la corriente con respecto
el tiempo, su unidad son los Faradios (F).
Fuentes: Una fuente
eléctrica es un dispositivo capaz de convertir energía no eléctrica en energía
eléctrica y viceversa.
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| Figura 4. Condensador de placas planas. |
Los elementos
activos más importantes son las fuentes de tensión o de corriente. Hay dos
tipos de fuentes: independientes y dependientes.
Una fuente independiente ideal es un
elemento activo que suministra una tensión o corriente especificada y que no
depende de los demás elementos de circuito.
Una
fuente independiente ideal de tensión
suministra al circuito la corriente necesaria para mantener su tensión entre
los terminales. Fuentes físicas como las baterías y los generadores son un
ejemplo aproximado de este tipo de fuentes.
Al ser una fuente ideal, no representa exactamente algún dispositivo físico real, debido a que la fuente ideal podría entregar en teoría una cantidad infinita de energía desde sus terminales. Sin embargo, tal fuente de tensión idealizada proporciona una aproximación razonable a varias fuentes de tensión prácticas. Por ejemplo, una batería de un automóvil muestra una tensión de 12V que se mantiene en esencia constante, siempre que la corriente a través de ella no sobrepase unos cuantos amperes.
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| Figura 5. Fuente DC (a), batería (b), fuente AC (c). |
Al ser una fuente ideal, no representa exactamente algún dispositivo físico real, debido a que la fuente ideal podría entregar en teoría una cantidad infinita de energía desde sus terminales. Sin embargo, tal fuente de tensión idealizada proporciona una aproximación razonable a varias fuentes de tensión prácticas. Por ejemplo, una batería de un automóvil muestra una tensión de 12V que se mantiene en esencia constante, siempre que la corriente a través de ella no sobrepase unos cuantos amperes.
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| Figura 6. Fuente Independiente de Corriente. |
Una fuente de
corriente independiente ideal es un elemento activo que suministra al
circuito la tensión necesaria para mantener la corriente designada.
La fuente de corriente independiente
representa una aproximación razonable de un elemento físico. En teoría, entrega
potencia infinita desde sus terminales, puesto que produce la misma corriente
finita para cualquier tensión entre sus extremos, sin importar el tamaño de la
tensión. Sin embargo, ello constituye una buena aproximación de muchas fuentes
prácticas, en particular de circuitos electrónicos.
Una fuente dependiente ideal (o controlada)
es un elemento activo en el que la magnitud de la fuente se controla por medio
de otra tensión o corriente.
Estas
fuentes son muy utilizadas en el modelado de un sistema complejo, ya que
hacen que el análisis algebraico sea más sencillo.
Cuando aparece en el análisis de
circuitos, se escribe toda la expresión controladora de la fuente dependiente
justamente como se haría si fuera un valor numérico conectado a una fuente
independiente. Este proceso hace que en consecuencia se use una ecuación
adicional, a menos que la tensión o la corriente controladora sean una de las incógnitas
especificadas del sistema de ecuaciones.
Existen cuatro posibles tipos de fuentes dependientes:
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| Figura 7. Fuentes dependiente. |
Existen cuatro posibles tipos de fuentes dependientes:
a) Fuente de corriente controlada por corriente.
b) Fuente de
corriente controlada por tensión.
c) Fuente de
tensión controlada por tensión.
d) Fuente de tensión controlada por corriente.
Las fuentes
dependientes son útiles en el modelado de elementos como transistores,
amplificadores operacionales y circuitos integrados.
Fin del capítulo.
Fin del capítulo.
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