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FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA

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Presentación del tema: "FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA"— Transcripción de la presentación:

1 FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE VALPARAÍSO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA INGENIERÍA ELÉCTRICA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE REDES Profesor: Sr. Francisco Alonso V. VALPARAÍSO

2 Agenda Aproximaciones Fuentes de Tensión y de Corriente
Propiedad de linealidad Superposición Transformación de fuentes Teorema de Thevenin Teorema de Norton VALPARAÍSO

3 Aproximaciones En Electrónica existen diferentes niveles de aproximación al igual que en la vida cotidiana. 1.- Aproximación ideal 2.- Segunda Aproximación 3.- Tercera Aproximación 4.- Respuesta Exacta. VALPARAÍSO

4 Aproximaciones Aproximación ideal (primera aproximación)
Circuito equivalente más simple de ese dispositivo. Ejemplo: Cable de conexión -> Conductor de resistencia cero. Adecuada para los trabajos cotidianos de electrónica. Cuando se detectan averías es ideal esta aproximación debido a que se buscan grandes deviaciones de las tensiones y de las corrientes normales. Sencillo trabajar con aproximaciones ideales en circuitos con semiconductores Excepción: Se produce cuando se trabaja en frecuencias altas, donde se tienen que considerar las capacitancias y las inductancias del cable. Supóngase un cable de 2,4 cm tiene una inductancia de 0,24 uH y una capacidad de 3,3 pF. A 10 Mhz, la reactancia inductiva es 15,1 ohm y la reactancia capacitiva es 4,82 kohm. Por ende no se puede idealizar el cable. VALPARAÍSO

5 Aproximaciones Segunda Aproximación
Añade uno o más componentes a la aproximación ideal. Ejemplo: Pila de linterna -> Aproximación ideal = Fuente de Tensión de 1,5V Segunda Aproximación = Fuente de Tensión de 1,5V en serie con resistencia de 1Ω. Excepción: Se produce cuando se trabaja en frecuencias altas, donde se tienen que considerar las capacitancias y las inductancias del cable. Supóngase un cable de 2,4 cm tiene una inductancia de 0,24 uH y una capacidad de 3,3 pF. A 10 Mhz, la reactancia inductiva es 15,1 ohm y la reactancia capacitiva es 4,82 kohm. Por ende no se puede idealizar el cable. VALPARAÍSO

6 Aproximaciones Tercera aproximación y siguientes
Incluye otro componente en el circuito equivalente del dispositivo. Los cálculos a manos se hacen muy complicados si se usan estas aproximaciones, por lo que normalmente se emplean programas de computador, como por ejemplo, Multisim, Orcad Pspice, Proteus, entre otros. La aproximación a emplear depende de lo que se esté intentando hacer. Si se está detectando averías, la aproximación más adecuada es la ideal. Para la mayoría de las situaciones, la segunda aproximación es la mejor elección porque es fácil de utilizar y no requiere un computador. VALPARAÍSO

7 Fuentes de Tensión Fuente ideal de tensión continua: Produce una tensión de salida que es constante. Ejemplo: Batería perfecta cuya resistencia interna vale cero. Una fuente ideal de tensión continua produce una tensión en la carga constante, independientemente de lo pequeña o grande que sea la resistencia de carga. Con una fuente de tensión ideal, sólo la corriente por la carga cambia con la resistencia de carga. VALPARAÍSO

8 Fuentes de Tensión Una fuente ideal de tensión no puede existir en la naturaleza, ya que si la resistencia de carga tiende a cero, la corriente por la carga tenderá a infinito (imposible). Segunda Aproximación: Toda fuente real de tensión tiene cierta resistencia interna. La tensión en la carga no se acerca al valor ideal hasta que la resistencia de carga es mucho mayor que la resistencia de fuente VALPARAÍSO

9 Fuentes de Tensión Se ignorará la resistencia interna de la fuente cuando sea al menos 100 veces menor que la resistencia de carga. Cualquier fuente que satisfaga esta condición recibe el nombre de fuente de tensión constante Matemáticamente: Fuente de tensión constante: RS < 0,01*RL El límite de la desigualdad da la siguiente ecuación: RS=0,01*RL => RL(mín) =100*RS La mínima resistencia de carga es igual a 100 veces la resistencia de la fuente. Cuando la resistencia de carga iguala el valor, el error de cálculo resultante de ignorar la resistencia de fuente es 1 por 100, suficientemente pequeño para desestimarlo en una segunda aproximación. VALPARAÍSO

10 Fuentes de Corriente Fuente de corriente continua: Produce una corriente por la carga constante para diferentes resistencias de carga. Ejemplo: Batería con una resistencia elevada . En estos cálculos, las resistencia de carga pequeñas apenas tienen efecto sobre la corriente de carga. VALPARAÍSO

11 Fuentes de Corriente Efecto de variar la resistencia de carga desde 1Ω hasta 1MΩ. VALPARAÍSO

12 Fuentes de Corriente Se ignorará la resistencia de fuente de una fuente de corriente cuando sea al menos 100 veces superior a la resistencia de carga. Cualquier fuente que satisfaga esta condición es una fuente de corriente constante. Fuente de corriente constante: Rs > 100*RL El límite superior es el peor caso: RS = 100*RL Despejando la resistencia de carga se obtiene la máxima reistencia de carga que se puede utilizar teniendo todavía una fuente de corriente constante. RL(máx) = 0,01*Rs VALPARAÍSO

13 Fuentes de Corriente VALPARAÍSO

14 Propiedad de Linealidad
Linealidad: Propiedad de un elemento que describe una relación lineal entre causa y efecto. Combinación de la propiedad de homogeneidad (escalamiento) y la propiedad aditiva. Homogeneidad: Si la entrada (excitación) se multiplica por una constante, la salida (respuesta) se multiplica por la misma constante. VALPARAÍSO

15 Propiedad de Linealidad
Aditiva: La respuesta a una suma de entradas es la suma de las respuestas a cada entrada aplicada por separado. Se dice que un resistor es un elemento lineal a causa de que la relación tensión-corriente satisface las propiedades tanto de homogeneidad como de aditividad. Circuito Lineal: Aquel cuya salida se relaciona linealmente con (o es directamente proporcional a) su entrada. VALPARAÍSO

16 Propiedad de Linealidad
Como p =i2R = v2/R (lo que hace de ella una función cuadrática más que lineal), la relación entre potencia y tensión (o corriente) es no lineal. Los teoremas cubiertos no son aplicables a la potencia. VALPARAÍSO

17 Teorema de Superposición
Si un circuito tiene dos o más fuentes independientes, se puede determinar la contribución de cada fuente independiente a la variables y después sumarlas. Se basa en la propiedad de la linealidad La tensión entre los extremos (o la corriente a través) de un elemento en un circuito lineal es la suma algebraica de las tensiones (o corrientes) a través de ese elemento debido a que cada fuente independiente actúa sola. VALPARAÍSO

18 Teorema de Superposición
Consideraciones: 1.- Las fuentes independientes se consideran una a la vez mientras todas las demás fuentes independientes están apagadas. Cada fuente de tensión se reemplaza por 0V (cortocircuito) y cada fuente de corriente por 0A (o circuito abierto). 2.- Las fuentes dependientes se dejan intactas, porque las controlan variables de circuitos. VALPARAÍSO

19 Teorema de Superposición
Pasos 1.- Apague todas las fuentes independientes, excepto una. Determina la salida (tensión o corriente) debida a esa fuente activa, aplicando las técnicas vistas. 2.- Repita el paso 1 en cada una de las demás fuentes independientes. 3.- Halle la contribución total sumando algebraicamente todas contribuciones debidas a las fuentes independientes. El teorema de la superposición no es aplicable al efecto sobre la potencia debido a cada fuente, porque la potencia absorbida por un resistor depende del cuadrado de la tensión o de la corriente. VALPARAÍSO

20 Transformación de Fuentes
Herramienta útil para la simplificación de circuitos. Es básico el concepto de equivalencia. Circuito Equivalente -> Aquel cuyas características de v-i son idénticas a las del circuito original. Es útil poder sustituir una fuente de tensión en serie con un resistor por una fuente de corriente en paralelo con una resistencia o viceversa. VALPARAÍSO

21 Transformación de Fuentes
Una transformación de fuentes es el proceso de reemplazar una fuente de tensión vs en serie con un resistor R por una fuente de corriente is en paralelo con un resistor R o viceversa VALPARAÍSO

22 Transformación de Fuentes
1.- La flecha de la fuente de corriente apunta hacia la terminal positiva de la fuente de tensión. 2.- La transformación de fuente no es posible cuando R = 0, el cual es el caso de una fuente de tensión ideal. Una fuente de corriente ideal con R=∞Ω no puede reemplazarse por una fuente de tensión finita. VALPARAÍSO

23 Teorema de Thevenin En la práctica suele ocurrir que un elemento particular de un circuito sea variable (carga) mientras que los demás elementos permanecen fijos. El teorema proporciona una técnica mediante la cual la parte fija se reemplaza por un circuito equivalente. Ejemplo: Toma de corriente doméstica se pueden conectar diferentes aparatos, los que constituyen una carga variable. Cada vez que el elemento variable cambia, el circuito entero tiene que volver a analizarse de nuevo. VALPARAÍSO

24 Teorema de Thevenin Un circuito lineal de dos terminales puede reemplazarse por un circuito equivalente que consta de una fuente de tensión Vth en serie con un resistor Rth, donde Vth es la tensión de circuito abierto en las terminales cuando las fuentes independientes se apagan. Vth: Tensión de circuito abierto entre las terminales. Si las terminales a-b están en circuito abierto (mediante la eliminación de la carga), ninguna corriente fluye, así que la tensión de circutio abierto entre las terminales a-b debe ser igual a la fuente de tensión Vth VALPARAÍSO

25 Teorema de Thevenin Rth: Con la carga desconectada y las terminales a-b en circuito abierto, se apagan todas las fuentes independientes. La resistencia de entrada (o resistencia equivalente) del circuito apagado en la terminales a-b debe ser igual a RTh. Si las terminales a-b están en circuito abierto (mediante la eliminación de la carga), ninguna corriente fluye, así que la tensión de circutio abierto entre las terminales a-b debe ser igual a la fuente de tensión Vth VALPARAÍSO

26 Teorema de Thevenin CASO1: Si la red no tiene fuentes dependientes, se apagan todas las fuentes independientes. RTh es la resistencia de entrada que aparece entre las terminales a y b. CASO2: Si la red tiene fuentes dependientes, se apagan todas las fuentes independientes. Las fuentes dependientes no se desactivan, porque son controladas por las variables del circuito. Se aplica una fuente de tensión v0 en las terminales a y b y se determina la corriente resultante i0. Así, RTh = v0/i0 Alternativamente, puede insertarse una fuente de corriente i0 en las terminales a-b, y hallar la tensión entre las terminales v0. de nuevo, Rth=vo/io. Los dos métodos dan el mismo resultado. Suele suceder que Rth adopte un valor negativo. En este caso, la resistencia negativa (v=-iR) implica que el circuito suministra potencia. Un circuito complicado puede reemplazarse por una sola fuente de tensión independiente y un solo resistor. VALPARAÍSO

27 Teorema de Thevenin VALPARAÍSO

28 Teorema de Norton Un circuito lineal de dos terminales puede reemplazarse por un circuito equivalente, que consta de una fuente de corriente IN en paralelo con un resistor RN. IN: Corriente de cortocircuito a través de las terminales. RN: Resistencia de entrada o resistencia equivalente en las terminales cuando las fuentes independientes están desactivadas. VALPARAÍSO

29 Teorema de Norton RN se halla de la misma manera que RTh. Por lo
que ya se sabe sobre la transformación de fuente, RN = RTh. IN ; se determina la corriente de cortocircuito que fluye de la terminal a a la b VALPARAÍSO


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