Repaso conceptos de electr

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Repaso conceptos de electrónica

• Norberto Cañas de Paz
• Departamento de Informática Aplicada
• EUI-UPM

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Introducción

• Estas transparencias constituyen un repaso de
  conceptos adquiridos en asignaturas ya cursadas
  (Fundamentos Físicos de la Informática
  principalmente).
• Los contenidos que han sido seleccionados serán
  completados durante las explicaciones teóricas.

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Índice

• Conceptos básicos
• Fuentes de alimentación.
• Componentes.
• Leyes de Kirchhoff.
• Principio de superposición.
• Circuitos equivalentes de Thévenin y Norton.
• Respuesta de circuitos RLC a sinusoidales.

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Conceptos básicos

• Las variables físicas fundamentales en sistemas
  eléctricos son la carga y la energía.
• La carga explica los fenómenos eléctricos que
  existen en la naturaleza.
• Hay dos tipos de carga positiva y negativa.
• Cargas iguales se repelen y distintas se atraen.
• Las cargas se suelen representar con la letra q
• La función que representa una variación de carga
  se representa por q(t).
• En el sistema internacional, la unidad de carga
  es el Culombio.
• La menor cantidad de carga presente en la
  naturaleza es la del electrón 1.6 x 10-19 C

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Conceptos básicos

• En circuitos electrónicos suele tener más
  interés, que medir la carga, la cantidad de carga
  que pasa por un punto por unidad de tiempo.
• Definimos corriente eléctrica i de la siguiente
  manera
• La unidad en el SI de corriente eléctrica es el
  Amperio Culombio / segundo

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Conceptos básicos

• El cambio de energía de una carga al pasar por un
  circuito se denomina Voltaje.
• La letra w normalmente se utiliza para
  representar energía (Julios en SI).
• Si una carga pequeña dq experimenta un cambio
  de energía dw al pasar del punto A al B en un
  circuito, el voltaje v entre A y B se define
  como la diferencia de energía por unidad de carga
  (con independencia del camino recorrido).
• La unidad del voltaje en el SI es el Voltio
  Julio / Culombio

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Conceptos básicos

• Se puede definir potencia como el cambio de
  energía experimentado por unidad de tiempo.
• La unidad del SI de potencia es el Watio Julio
  / Segundo.
• La potencia puede ponerse en función de la
  corriente y el voltaje según la siguiente
  expresión.

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Fuentes de alimentación

• Hay fundamentalmente dos tipos de fuentes
  Generadoras de voltaje y generadoras de
  corriente.
• Los generadores de voltaje ideales suministran un
  voltaje fijo con independencia de la corriente
  que se les exija.
• Los generadores de corriente ideales suministran
  una corriente fija con independencia del voltaje
  que se les exija.

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Fuentes de alimentación

• Las fuentes de alimentación reales presentan un
  comportamiento distinto al de las ideales, que
  puede aproximarse mejor con las siguientes
  configuraciones

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Componentes

• Resistencias lineales.
• El parámetro R se denomina resistencia y se mide
  en Ohmios, O.
• El parámetro G se denomina conductancia y se mide
  en Siemens, S.
• La resistencia equivalente de un conjunto de
  resistencias conectadas en serie es igual a la
  suma de las resistencias.
• La conductancia equivalente de un conjunto de
  resistencias conectadas en paralelo es igual a la
  suma de las conductancias.

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Componentes

• Las resistencias planteadas son lineales y
  bilaterales.
• Lineal La curva v-i es una línea recta que pasa
  por el origen.
• Bilateral La curva v-i tiene simetría impar
  v(i) -v(-i).
• La potencia asociada a una resistencia se puede
  calcular a partir de p vi
• La potencia, en el caso de la resistencia,
  siempre es positiva. La resistencia absorbe
  energía.

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Componentes

• Condensadores.
• Son componentes que pueden producir un campo
  eléctrico al someterlos a un voltaje.

E
Dieléctrico
q
-q
Placas de metal

• E(t) Campo eléctrico
• e Coeficiente dieléctrico
• A Área de las placas de metal
• d Distancia de las placas de metal

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Componentes

• Relación i-v.
• Potencia y energía
• La potencia puede ser positiva o negativa
• Positiva el condensador absorbe energía.
• Negativa el condensador libera energía.

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Componentes

• La energía almacenada en el condensador puede
  deducirse integrando la potencia con respecto al
  tiempo.
• La energía almacenada nunca es negativa.
• El condensador absorbe potencia del circuito
  cuando almacena energía.
• El condensador libera energía cuando devuelve
  potencia al circuito.

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Componentes

• La capacidad equivalente de un conjunto de
  condensadores conectados en paralelo es igual a
  la suma de las capacidades.
• La inversa de la capacidad de un conjunto de
  condensadores conectados en serie es igual a la
  suma de las inversas de las capacidades

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Componentes

• El inductor.
• Son componentes que pueden producir un campo
  magnético al pasar corriente por ellos.
• El flujo magnético por unidad de intensidad se
  denomina autoinducción L y su unidad es el henrio
  (weber x vuelta/amperio)

Nota. Flujo magnético intensidad de Campo
magnético Unidad de superficie. Weber Tesla
m2
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Componentes

• Relación i-v
• El término NF se denomina encadenamiento de flujo
  y lo vamos a representar con la letra ?
• El voltaje a través de un inductor es igual al
  cambio de encadenamiento de flujo por unidad de
  tiempo, por lo que
• Potencia y energía
• La potencia puede ser positiva o negativa.
• Positiva El dispositivo absorbe energía.
• Negativa El dispositivo libera energía.

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Componentes

• La energía almacenada en la inductancia puede
  deducirse integrando la potencia con respecto al
  tiempo.
• La energía almacenada en la inductancia nunca es
  negativa
• La inductancia absorbe potencia del circuito
  cuando almacena energía.
• La inductancia libera energía cuando devuelve
  potencia al circuito.

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Componentes

• La inductancia equivalente de un conjunto de
  inductancias conectadas en serie es igual a la
  suma de las inductancias.
• La inversa de la inductancia de un conjunto de
  inductancias conectadas en paralelo es igual a la
  suma de las inversas de las inductancias.

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Leyes de Kirchhoff

• Ley de corrientes.
• La suma de las corrientes que entran en un nodo
  debe ser igual a la suma de las corrientes que
  salen.
• Ley de voltajes.
• La suma algebraica de los voltajes en un bucle
  debe ser cero.

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Principio de superposición

• Un circuito es linear si se puede modelar
  utilizando únicamente elementos lineales y
  fuentes de alimentación independientes.
• Un circuito es linear si las salidas del mismo
  son funciones lineales de sus entradas, es decir

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Principio de superposición

• En un circuito lineal la salida es combinación
  lineal de las entradas, por tanto, la salida del
  sistema puede obtenerse como la suma de la
  contribución independiente de cada una de las
  entradas.
• Procedimiento de aplicación.
• Analizamos la salida que genera el circuito
  cuando activamos una fuente independiente y
  apagamos las demás.
• Repetimos el paso anterior para todas las fuentes
  independientes.
• La salida total se configura sumando cada una de
  las contribuciones parciales.

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Circuitos equivalentes de Thévenin y Norton

• Si el circuito fuente es linear, las señales de
  interfaz v e i no cambian cuando el circuito
  fuente es reemplazado por el circuito equivalente
  de Thévenin o Norton.

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Circuitos equivalentes de Thévenin y Norton
Fuente
Fuente
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Circuitos equivalentes de Thévenin y Norton

• voc es la tensión que se observa en los
  terminales del circuito fuente sin la carga.
• isc es la corriente que circula por los
  terminales del circuito fuente cortocircuitados.

isc

voc
-
Interfaz
Interfaz
Fuente
Fuente
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Circuitos equivalentes de Thévenin y Norton
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Respuestas de circuitos RLC a sinusoides

• Aplicamos a cada componente una corriente de la
  forma
• La respuesta de resistencias, condensadores e
  inductancias es la siguiente

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Respuestas de circuitos RLC a sinusoides

• Impedancia.
• Trabajando con fasores
• Podemos aplicar el principio de superposición si
  todas las fuentes tienen la misma frecuencia.
• Podemos utilizar los circuitos equivalentes de
  Thévenin y Norton (VT y IN deben ser ahora
  fasores).