clase1 2011 ii circuitos
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CIRCUITOS ELÉCTRICOSOBJETIVO GENERAL
Resolver y diseñar circuitos eléctricos básicos empleando sus leyes y principios fundamentales, generando una actitud reflexiva, analítica, creativa y ordenada que permita proyectar la asignatura en los sistemas de medición y procesamiento de señales biomédicas.
METODOLOGÍA
• Clases magistrales• Laboratorios• Análisis• Diseño• Simulación
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CIRCUITOS ELÉCTRICOS
CONTENIDO
• Leyes y técnicas para el análisis de circuitos
• Análisis en el dominio del tiempo
• Análisis en el dominio de la frecuencia
• Respuesta en frecuencia y filtros pasivos
2/23
CIRCUITOS ELÉCTRICOS
3/23
PRÁCTICAS DE LABORATORIO OBJETIVO GENERAL
1. Equipos de laboratorio (2 horas)
Manipular los equipos e instrumentos de laboratorio
empleados en el curso: Multímetro digital, fuente regulada
generador de señales, osciloscopio y protoboard.
2. Simulación de circuitos (2 horas)
Simular circuitos eléctricos básicos por medio de
herramientas computacionales apropiadas: ORCAD o
PROTEUS.
3. Circuitos resistivos, equivalente Thevenin y teorema de
superposición (2 horas)
Resolver circuitos eléctricos resistivos mediante la aplicación
de sus leyes fundamentales empleando diversas técnicas de
análisis.
4. Circuitos de primer orden y segundo orden-
Simulación- (2 horas)
Simular la respuesta de los sistemas de primer y segundo
orden de acuerdo a los componentes empleados en cada
circuito.
5. Circuitos de primer orden y segundo orden- Montaje
físico- (2 horas)
Clasificar respuesta de los sistemas de primer y segundo
orden de acuerdo a los componentes empleados en cada
circuito.
6. Análisis de circuitos con Matlab (2 horas)
Solucionar circuitos eléctricos empleando Matlab®.
7. Filtros pasivos y respuesta en frecuencia (2 horas)
Diseñar filtros pasivos básicos e interpretar su respuesta en
frecuencia.
CIRCUITOS ELÉCTRICOSEVALUACIÓN
• Quiz No 1 (3%) jueves 4 de agosto
• Quiz No 2 (3%) martes 30 agosto
• Parcial (20%) martes 13 de septiembre
• Quiz No 3 (3%) martes 27 de septiembre
• Quiz No 4 (3%) lunes 24 de octubre
• Quiz No 5 (3%) jueves 3 de noviembre
• Final (30%) martes 15 de noviembre. Tema: Todo.
• Laboratorios (20%) -7-
• Proyecto integrador (15%) 4/23
CIRCUITOS ELÉCTRICOSBIBLIOGRAFÍA
http://bioinstrumentacion.eia.edu.co
NILSSON, James W. y RIEDEL, Susan A. Circuitos eléctricos. 7 ed . New Yersey : Prentice Hall, 2005. (621.3815/N712/7ed).
HAYT, William H. KEMMERLY, Jack E. y DURBIN, Steven M. Análisis de circuitos en ingeniería. 7 ed. México: McGraw-Hill, 2007. (621.38153/H426a/6ed).
DECARLO, Raymond A. y LIN, Pen-Min. Linear circuit analysis. 2 ed. New York: Oxford University, 2001. (621.3815/D291).
CARLSON, A. Bruce. Circuitos: ingeniería, conceptos y análisis de circuitos eléctricos lineales. México : Thomson, 2001.
BOYLESTAD, Robert L. Introducción al análisis de circuitos. 10 ed. México: Pearson/Prentice Hall, 2004. (621.3815/B792a/10ed).
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CAPITULO 1: LEYES Y TÉCNICAS PARAEL ANÁLISIS DE CIRCUITOS
1.1 INTRODUCCIÓN
Realidad
ModelaciónAnálisisDiseño
SIMULACIÓN
Construcción de prototipoGeneralización del modeloProducción en serie
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1.2 DEFINICIONES BÁSICAS
A. Modelo circuital: Modelo matemático para representar un sistema real.
B. Componentes ideales: Modelos de los componentes reales.
C. Análisis de circuitos: Técnicas matemáticas de pronóstico.
D. Diseño de circuitos: Buscar modelos y componentes para cumplircon una función dada.
E. Prototipo físico: Materialización de la solución.
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1.2 DEFINICIONES BÁSICASF. Carga eléctrica: Propiedad fundamental de la materia. Se
representa por la letra Q o q. Se mide en coulombs (C).
La menor carga posible es la del electrón e = -1.602 x 10-19 C.
G. Voltaje: Fuerza eléctrica causada por la separación de cargas.Matemáticamente:
v= dw/dq 1.1 v=voltaje en voltios (V)w= energía en Joules (J)q= carga en Coulombs (C)
8/23
- + - -
1.2 DEFINICIONES BÁSICAS
H. Corriente: Flujo eléctrico producido por las cargas en movimiento.Matemáticamente:
i= dq/dt 1.2 i=corriente en amperios (A).q= carga en coulombs (C)t= tiempo en segundos (s)
I. Elemento básico ideal de un circuito:• Posee dos terminales• Se describe matemáticamente en términos de voltaje y corriente.• No puede subdividirse en otros elementos.
1
2
+v-
i
9/23
1.2 DEFINICIONES BÁSICAS
NOTA: Convención pasiva de los signos:
“Cuando la dirección de referencia para la corriente en un elemento, se asigne en la dirección de caída de voltaje de
referencia a través del elemento, se usa un signo
positivo en cualquier expresión que relacione al
voltaje con la corriente. De lo contrario se usa un signo negativo”.
10/23
1.2 DEFINICIONES BÁSICAS
11/23
J. Energía: Es el medio de intercambio de todo sistema físico. Semide en Joules (J).
K. Potencia: Es la velocidad a la cual se disipa o se absorbe energía.
Matemáticamente: p = dw/dt 1.3 p= potencia en Watts (W)
w= energía en Joules (J)t = tiempo en segundos (s)
o también: p = dw/dt = (dw/dq) (dq/dt) = v* i p= v* i. 1.4
1.2 DEFINICIONES BÁSICAS
1
2
+v-
1
2
-v+
1
2
+v-
1
2
-v+
Convención para la potencia:i i
i i
p = v*iconsume
p = -v*ientrega
p = -v*ientrega
p = v*iconsume
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1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOSNota: leer página 26 Libro de Nilsson (seguridad eléctrica)DEFINICIÓN: Un circuito es una interconexión de elementos
ideales para modelar un sistema real.
A. Fuentes de voltaje y corriente:
“Una fuente eléctrica es un aparato capaz de convertir energíano eléctrica en eléctrica y viceversa”Ejemplo:
+-
Batería Dinamo 13/23
1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS
“ Una fuente ideal de voltaje es un elemento de circuito que mantiene un voltaje preestablecido entre sus terminales sin importar la corriente que fluye por ellas”.
“ Una fuente ideal de corriente es un elemento de circuito que mantieneuna corriente preestablecida fluyendo por sus terminales sin importar el voltaje en ellas”.
+_
Vs IsFuente ideal de voltaje
Fuente ideal de corriente
14/23
1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS
Las fuentes ideales se subdividen en:
• Fuentes independientes: Son las que su valor de voltaje o corriente no
depende de otros parámetros del circuito.
+_
Vs IsFuentes
independientes
15/23
1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS
• Fuentes dependientes: Son las que su valor de voltaje o corriente
depende de otros parámetros del circuito.
+-
Vs = Vx Is = Vx
+-
Vs = Ix Is = Ix
Fuentes dependientesde voltaje
Fuentes dependientesde corriente
16/23
1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS
B. Resistencia eléctrica: Es la capacidad de los materiales para
impedir el flujo de corriente . Se mide en ohms ( ). Se representapor la letra R.
El inverso multiplicativo de la resistencia es la conductancia, lacual se simboliza por la letra G y se mide en siemens ( S ).Matemáticamente:
G = 1/R 1.5 G= Conductancia en siemens (S) R= Resistencia en Ohms ().
R
17/23
Resistor
1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS
LEY DE OHM: Establece la relación proporcional entre la corrienteque fluye por un resistor sometido a un voltaje determinado
R+
-Vi R
+
-Vi
v= i*R 1.6 v= -i*R 1.7
18/23
v = voltaje en voltios (V)i = corriente en amperios (A)R= resistencia en ohms ()
1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS
Redes y circuitos: Una red es la interconexión de dos o más elementos simples. Si la red contiene al menos una trayectoria cerrada también será un circuito eléctrico.
19/23Red
+_
+_
Circuito
1.4 LEYES DE KIRCHHOOFF
A. NODO: Punto donde se conectan dos o más elementos de un circuito.
20/23
-R4A
VR1i1
E
i2
D
i4
FVR3
R5
C
i3
R2
R3
V1VR5
VR4
i5R1
B
VR2
+
- +
+
+
+
-
-
-
1.4 LEYES DE KIRCHHOOFF
B. LEY DE KIRCHFOFF DE CORRIENTES: “ La suma algebraica de corrientes en cualquier nodo de un circuito es cero”
i (nodo A)= 0 ientran = isalen ientran - isalen =0 1.8
21/23
i10
i8
R7
R10
R6
i6R9i9
R8
Ai7
1.4 LEYES DE KIRCHHOOFF
C. LAZO: Es una trayectoria cerrada en un circuito la cual cruza elementos básicos del circuito partiendo de un nodo y regresando al mismo, sin pasar por un nodo intermedio más de una vez.
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R4A
VR1i1
E
i2
D
i4
FVR3
R5
C
i3
R2
R3
V1VR5
VR4
i5R1
B
VR2
+
- +
+
+
+
-
-
-
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