CIRCUITOS ELÉCTRICOS OBJETIVO 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 1/23

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

PRÁCTICAS DE LABORATORIO CIRCUITOS ELÉCTRICOS 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. 3/23

CIRCUITOS ELÉCTRICOS EVALUACIÓN 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 ELÉCTRICOS BIBLIOGRAFÍA 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). 5/23

CAPITULO 1: LEYES Y TÉCNICAS PARA EL ANÁLISIS DE CIRCUITOS 1.1 INTRODUCCIÓN Modelación Análisis Diseño Construcción de prototipo Generalización del modelo Producción en serie Realidad SIMULACIÓN 6/23

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 cumplir con una función dada. E. Prototipo físico: Materialización de la solución. 7/23

1.2 DEFINICIONES BÁSICAS - + F. 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 J. Energía: Es el medio de intercambio de todo sistema físico. Se mide 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 11/23

1.2 DEFINICIONES BÁSICAS Convención para la potencia: i i + v - + v - p = -v*i entrega p = v*i consume i i - v + - v + 1 1 2 2 p = -v*i entrega p = v*i consume 12/23

1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS Nota: 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 energía no 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 mantiene una corriente preestablecida fluyendo por sus terminales sin importar el voltaje en ellas”. Fuente ideal de voltaje Fuente ideal de corriente + _ Vs Is 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. + _ Fuentes independientes Vs Is 15/23

1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS Fuentes dependientes: Son las que su valor de voltaje o corriente depende de otros parámetros del circuito. + - Is = Vx Vs = Vx Fuentes dependientes de voltaje + - Vs = Ix Fuentes dependientes de corriente Is = Ix 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 representa por la letra R. El inverso multiplicativo de la resistencia es la conductancia, la cual 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 (). Resistor 17/23

1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS LEY DE OHM: Establece la relación proporcional entre la corriente que fluye por un resistor sometido a un voltaje determinado i i v= i*R 1.6 v= -i*R 1.7 v = voltaje en voltios (V) i = corriente en amperios (A) R= resistencia en ohms () 18/23

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. + _ + _ Red Circuito 19/23

1.4 LEYES DE KIRCHHOOFF A. NODO: Punto donde se conectan dos o más elementos de un circuito. + - - 20/23

 ientran =  isalen   ientran -  isalen =0 1.8 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

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. + - 22/23

 velevaciones =  vcaidas   velevaciones -  vcaidas =0 1.9 1.4 LEYES DE KIRCHHOOFF D. LEY DE KIRCHHOFF DE VOLTAJES: “La suma algebraica de voltajes en cualquier lazo de un circuito es cero”   vlazo =0  velevaciones =  vcaidas   velevaciones -  vcaidas =0 1.9 + - + - + + - - - + 23/23