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Índice
CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE ELECTRICIDAD
1.1. Magnitudes eléctricas y unidades
1.2. Componentes, dispositivos y circuitos
1.3. Señales
1.4. Leyes de Kirchhoff
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1.1 Magnitudes eléctricas y unidades
Magnitud es una propiedad medible de un objeto o suceso.
Propiedad medible: se le puede asignar un valor numérico basado en la experimentación.
Ej.: tiempo, masa, carga, corriente, tensión, potencia …
Valor de una magnitud es el producto de un valor numérico y de una unidad.Unidad es una cantidad conocida del mismo tipo que se toma como referencia.
Ej.: t = 9,82 s q = 7,5 µC i = 3,6 mA v = 9 V p = 60 W
Magnitudes eléctricas fundamentales
Carga, campo eléctrico, corriente, tensión, potencia …
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1.1 Magnitudes eléctricas y unidades
Carga eléctrica
Algunos objetos ejercen fuerzas a distancia sobre otros después de frotarlos. Se dice que están electrificados o cargados con electricidad (????????, elektron, ámbar en griego).
Experimento: al frotar un bolígrafo atrae pedacitos de papel.
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1.1 Magnitudes eléctricas y unidades
Existen dos clases de carga llamadas positiva (+) y negativa (-).
Experimento: frotamos dos trozos de plástico y los acercamos.
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1.1 Magnitudes eléctricas y unidades
La relación cuantitativa que relaciona la fuerza, las cargas y la distancia se llama ley de Coulomb
(Gp:) q1
(Gp:) qp
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Si hay N cargas podemos aplicar el principio de superposición:
1.1 Magnitudes eléctricas y unidades
……..
(Gp:) qp
(Gp:) q1
(Gp:) q2
(Gp:) qN
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1.1 Magnitudes eléctricas y unidades
Campo eléctrico
El campo Ep es la fuerza por unidad de carga que actúa sobre qp.
Suponemos que el campo eléctrico existe aunque no esté qp
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1.1 Magnitudes eléctricas y unidades
Tensión o diferencia de potencial
La tensión eléctrica vAB en un punto A respecto a otro punto B es el trabajo por unidad de carga que hay que realizar para trasladar una carga de B a A.
wAB es independiente del camino
(Gp:) 2
(Gp:) 1
(Gp:) vAB
(Gp:) +
(Gp:) _
Voltio
[V]
Trabajo wAB que hay que realizar:
(Gp:) vBA
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) B
(Gp:) A
(Gp:) qp
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1.1 Magnitudes eléctricas y unidades
Corriente
Intensidad de corriente eléctrica es la carga eléctrica que pasa por unidad de tiempo a través de una sección.
(Gp:) +
(Gp:) +
(Gp:) +
(Gp:) +
(Gp:) S
(Gp:) Corriente instantánea
(Gp:) Corriente media en
(Gp:) Unidad: amperio (A)
(Gp:) Conductores: cargas libres, hay corriente al aplicar
Aislantes: cargas fijas, no hay corriente
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1.1 Magnitudes eléctricas y unidades
Potencia
La potencia, p, que entrega una corriente al circular entre A y B es la energía que entrega por unidad de tiempo.
(Gp:) A
(Gp:) B
(Gp:) vAB
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) i
(Gp:) q
Energía que entrega (si wAB > 0) o absorbe (si wAB < 0) la carga q al pasar de A a B:
En un circuito esta potencia es absorbida (si p > 0) o entregada (si p < 0) por un elemento.
(Gp:) Unidad: vatio (W)
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1.1 Magnitudes eléctricas y unidades
Unidades y símbolos
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Índice
1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES
1.1. Magnitudes eléctricas y unidades
1.2. Componentes, dispositivos y circuitos
1.3. Señales
1.4. Leyes de Kirchhoff
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1.2. Componentes, dispositivos y circuitos
Introducción
Ingeniería es la ciencia y el arte de aplicar los conocimientos científicos en beneficio de la humanidad.
Ingeniería Electrónica es la ciencia y el arte de diseñar componentes y circuitos en beneficio de la humanidad.
Componente o dispositivo es un objeto físico que presenta unas relaciones determinadas de tensión y corriente.
Circuito es un sistema de componentes interconectados.
Elemento de circuito es un modelo matemático sencillo que relaciona la corriente con la tensión. Un componente se modela mediante uno o varios elementos. Puede haber varios modelos diferentes del mismo componente.
El modelo del circuito se obtiene sustituyendo los componentes por sus modelos.
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1.2. Componentes, dispositivos y circuitos
Ejemplo
Modelos
(Gp:) Componente
(Gp:) Pila de 9 V
(Gp:) Modelo ideal
(Gp:) Modelo más aproximado
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1.2. Componentes, dispositivos y circuitos
¿Cómo se determina el modelo de un componente?
(Gp:) 9,10 V
Como los instrumentos no son exactos en realidad sólo se que la tensión de la pila está entre 9,04 V y 9,16 V
(Gp:) Modelo
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1.2. Componentes, dispositivos y circuitos
(Gp:) Circuito formado por una pila y una resistencia
(Gp:) Modelo
VR = 9,10 V (calculado)
VR = 8,75 V (medido)
(Gp:) Si es necesaria más exactitud modelo más aproximado
(Gp:) 9,10 V
(Gp:) VR
(Gp:) +
(Gp:) _
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1.2. Componentes, dispositivos y circuitos
Supongamos que añadiendo una resistencia podemos obtener un modelo más aproximado de la pila.
(Gp:) modelo pila
VF = 9,10 V
R = 100 ?
VR = 8,75 V
RF = ?
(Gp:) Modelo más aproximado de la pila
(Gp:) 9,10 V
(Gp:) 4 ?
(Gp:) VF
(Gp:) RF
(Gp:) R
(Gp:) VR
(Gp:) +
(Gp:) _
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1.2. Componentes, dispositivos y circuitos
Conductor ideal
Mantiene la misma tensión en todos sus puntos (resistencia 0).
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) v
(Gp:) i
v = 0
(Gp:) i
(Gp:) v
Componente: conductor real
Se utiliza para interconectar componentes
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1.2. Componentes, dispositivos y circuitos
Interruptor ideal
Tiene dos estados: abierto (OFF) y cerrado (ON)
Cuando está abierto no puede circular corriente. Cuando está cerrado equivale a un conductor.
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) v
(Gp:) i
(Gp:) Abierto
OFF
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) v
(Gp:) i
(Gp:) Cerrado
ON
(Gp:) i
(Gp:) v
(Gp:) v = 0
(Gp:) i
(Gp:) v
(Gp:) i = 0
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1.2. Componentes, dispositivos y circuitos
Generador o fuente independiente de tensión ideal
Mantiene entre sus terminales una tensión determinada independientemente de la corriente que la atraviesa.
(Gp:) vg(t)
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) v
(Gp:) i
(Gp:) i
(Gp:) v
(Gp:) vg(t)
(Gp:) VG
(Gp:) i
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) v
(Gp:) t
(Gp:) vg(t)
(Gp:) v
(Gp:) t
(Gp:) v
(Gp:) VG
(Gp:) i
(Gp:) VG
(Gp:) v
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1.2. Componentes, dispositivos y circuitos
Generador o fuente independiente de corriente ideal
Mantiene entre sus terminales una corriente determinada independientemente de la tensión entre ellos.
(Gp:) i
(Gp:) v
(Gp:) ig(t)
(Gp:) t
(Gp:) ig(t)
(Gp:) i
(Gp:) t
(Gp:) i
(Gp:) IG
(Gp:) i
(Gp:) IG
(Gp:) v
(Gp:) ig(t)
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) v
(Gp:) i
(Gp:) IG
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) v
(Gp:) i
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Índice
1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES
1.1. Magnitudes eléctricas y unidades
1.2. Componentes, dispositivos y circuitos
1.3. Señales
1.4. Leyes de Kirchhoff
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1.3. Señales
Introducción
Una señal es una magnitud física cuyo valor contiene información.
Los circuitos electrónicos procesan señales eléctricas (tensión o corriente). Si la señal no es eléctrica se convierte en eléctrica mediante un sensor. Después de procesada puede convertirse otra vez en una señal no eléctrica mediante un actuador.
(Gp:) SENSOR
(Gp:) CIRCUITO
(Gp:) ACTUADOR
(Gp:) Señal no eléctrica
(Gp:) Señales eléctricas
(Gp:) Señal no eléctrica
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(Gp:) Forma de onda
(Gp:) Tensión
(Gp:) tiempo
1.3. Señales
Ejemplo: señal eléctrica del corazón (ECG)
Ruido es toda señal no deseada que enmascara la información.
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1.3. Señales
Ejemplo: señal de voz
(Gp:) MICROFONO
(Gp:) CIRCUITO
(Gp:) ALTAVOZ
PANTALLA
(Gp:) Señal al decir 3 veces hola
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1.3. Señales
Señal escalón
(Gp:) Escalón unidad
(Gp:) t
(Gp:) u(t)
(Gp:) v(t)
(Gp:) A
(Gp:) t0
(Gp:) t
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1.3. Señales
Señal pulso
(Gp:) t1
(Gp:) t2
(Gp:) A
Señal rampa
(Gp:) r(t)
(Gp:) t
Rampa de pendiente unidad
(Gp:) t0
(Gp:) 1
(Gp:) B
(Gp:) t
(Gp:) v(t)
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1.3. Señales
Señal exponencial
? = constante de tiempo
(Gp:) A
(Gp:) t
(Gp:) ?1
(Gp:) ?2
(Gp:) v(t)
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1.3. Señales
Señal sinusoidal
(Gp:) A = amplitud o valor de pico
2·A = valor de pico a pico
= frecuencia angular (rad/s)
? = ángulo de fase (rad)
(Gp:) f = frecuencia (Hz)
T = periodo (s)
(Gp:) A
(Gp:) -A
(Gp:) T
(Gp:) v(t)
(Gp:) t
(Gp:) función periódica
Sumando sinusoides de diferentes frecuencias se puede aproximar cualquier señal (análisis de Fourier)
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1.3. Señales
Valor medio y valor eficaz
T = intervalo de tiempo en el que se calcula el valor medio o eficaz. En las señales periódicas T es el el periodo.
Ejemplo: señal sinusoidal
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Índice
1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES
1.1. Magnitudes eléctricas y unidades
1.2. Componentes, dispositivos y circuitos
1.3. Señales
1.4. Leyes de Kirchhoff
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1.4. Leyes de Kirchhoff
Leyes de Kirchhoff
Son la aplicación a circuitos de los principios de conservación de la carga y de la energía.
Nudo es el punto de interconexión de dos o más componentes.
Malla es todo camino cerrado que contiene dos o más nudos.
Mediante la aplicación de las leyes de Kirchhoff y las relaciones corriente-tensión de los elementos se puede analizar cualquier circuito.
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1.4. Leyes de Kirchhoff
Ley de Kirchhoff de corrientes (KCL)
La suma de corrientes que entran en una superficie cerrada es igual a la suma de corrientes que salen (conservación de la carga).
(Gp:) A
(Gp:) B
(Gp:) C
(Gp:) D
(Gp:) E
(Gp:) iE
(Gp:) iD
(Gp:) iC
(Gp:) iB
(Gp:) iA
(Gp:) iR
(Gp:) nudo A
(Gp:) nudo B
(Gp:) nudo C
iB=iA
iE=iD+iC
iA+iC+iD=iB+iE
iR=0
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1.4. Leyes de Kirchhoff
Ley de Kirchhoff de tensiones (KVL)
La suma algebraica de diferencias de tensión a lo largo de una malla es nula (conservación de la energía).
(Gp:) vA
(Gp:) A
(Gp:) B
(Gp:) C
(Gp:) D
(Gp:) E
(Gp:) vB
(Gp:) vD
(Gp:) vC
(Gp:) vE
(Gp:) +
(Gp:) +
(Gp:) +
(Gp:) +
(Gp:) +
(Gp:) _
(Gp:) _
(Gp:) _
(Gp:) _
(Gp:) _
vA – vB= 0
-vC – vD= 0
vD + vE= 0
(Gp:) A
(Gp:) B
(Gp:) C
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1.4. Leyes de Kirchhoff
Nudo de referencia
Es el nudo al que se asigna arbitrariamente una tensión de 0 V. Se suele escoger el nudo que tiene más elementos conectados. También recibe el nombre de masa del circuito y se identifica por alguno de los siguientes símbolos:
Para simplificar se pone el símbolo de masa en todos los terminales que están a 0 V y no se dibuja el conductor de masa.
(Gp:) A
(Gp:) B
(Gp:) C
(Gp:) A
(Gp:) B
(Gp:) C
(Gp:) El mismo circuito