CISE I1 1. Conceptos fundamentalesÍndice 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES 1.1. Magnitudes eléctricas y unidades 1.2. Componentes, dispositivos y circuitos 1.3.

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2 CISE I1 1. Conceptos fundamentalesÍndice 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES 1.1. Magnitudes eléctricas y unidades 1.2. Componentes, dispositivos y circuitos 1.3. Señales 1.4. Leyes de Kirchhoff

3 CISE I2 1. Conceptos fundamentales1.1 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...

4 CISE I3 1. Conceptos fundamentales1.1 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.

5 CISE I4 1. Conceptos fundamentales1.1 Magnitudes eléctricas y unidades

6 CISE I5 1. Conceptos fundamentales1.1 Magnitudes eléctricas y unidades Existen dos clases de carga llamadas positiva (+) y negativa (-). Experimento: frotamos dos trozos de plástico y los acercamos.

7 CISE I6 1. Conceptos fundamentales1.1 Magnitudes eléctricas y unidades La relación cuantitativa que relaciona la fuerza, las cargas y la distancia se llama ley de Coulomb q1q1 qpqp

8 CISE I7 Si hay N cargas podemos aplicar el principio de superposición: 1. Conceptos fundamentales1.1 Magnitudes eléctricas y unidades........ qpqp q1q1 q2q2 qNqN

9 CISE I8 1. Conceptos fundamentales1.1 Magnitudes eléctricas y unidades Campo eléctrico El campo E p es la fuerza por unidad de carga que actúa sobre q p. Suponemos que el campo eléctrico existe aunque no esté q p

10 CISE I9 1. Conceptos fundamentales1.1 Magnitudes eléctricas y unidades Tensión o diferencia de potencial La tensión eléctrica v AB 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. w AB es independiente del camino 2 1 v AB + _ Voltio [V] Trabajo w AB que hay que realizar: v BA + _ B A qpqp

11 CISE I10 1. Conceptos fundamentales1.1 Magnitudes eléctricas y unidades Corriente Intensidad de corriente eléctrica es la carga eléctrica que pasa por unidad de tiempo a través de una sección. + + + + S Corriente instantánea Corriente media en Unidad: amperio (A) Conductores: cargas libres, hay corriente al aplicar Aislantes: cargas fijas, no hay corriente

12 CISE I11 1. Conceptos fundamentales1.1 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. A B v AB + _ i q Energía que entrega (si w AB > 0) o absorbe (si w AB < 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. Unidad: vatio (W)

13 CISE I12 1. Conceptos fundamentales1.1 Magnitudes eléctricas y unidades Unidades y símbolos MagnitudSímboloUnidadSímbolo CargaqculombioC Campo eléctricoEvoltio por metroV/m TensiónvvoltioV CorrienteiamperioA EnergíawjulioJ PotenciapvatioW Tiempotsegundos ResistenciaRohmio CapacidadCfaradioF InductanciaLhenrioH

14 CISE I13 1. Conceptos fundamentalesÍndice 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES 1.1. Magnitudes eléctricas y unidades 1.2. Componentes, dispositivos y circuitos 1.3. Señales 1.4. Leyes de Kirchhoff

15 CISE I14 1. Conceptos fundamentales1.2. 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.

16 CISE I15 1. Conceptos fundamentales1.2. Componentes, dispositivos y circuitos Ejemplo Modelos Componente Pila de 9 V Modelo ideal Modelo más aproximado

17 CISE I16 1. Conceptos fundamentales1.2. Componentes, dispositivos y circuitos ¿Cómo se determina el modelo de un componente? 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 Modelo

18 CISE I17 1. Conceptos fundamentales1.2. Componentes, dispositivos y circuitos Circuito formado por una pila y una resistencia Modelo V R = 9,10 V (calculado) V R = 8,75 V (medido) Si es necesaria más exactitud modelo más aproximado 9,10 V VRVR + _

19 CISE I18 1. Conceptos fundamentales1.2. Componentes, dispositivos y circuitos Supongamos que añadiendo una resistencia podemos obtener un modelo más aproximado de la pila. modelo pila V F = 9,10 V R = 100  V R = 8,75 V R F = ? Modelo más aproximado de la pila 9,10 V 4  VFVF RFRF R VRVR + _

20 CISE I19 1. Conceptos fundamentales1.2. Componentes, dispositivos y circuitos Conductor ideal Mantiene la misma tensión en todos sus puntos (resistencia 0). + _ v i v = 0 i v Componente: conductor real Se utiliza para interconectar componentes

21 CISE I20 1. Conceptos fundamentales1.2. 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. + _ v i Abierto OFF + _ v i Cerrado ON i v v = 0 i v i = 0

22 CISE I21 1. Conceptos fundamentales1.2. 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. vg(t)vg(t) + _ v i i v vg(t)vg(t) VGVG i + _ v t vg(t)vg(t) v t v VGVG i VGVG v

23 CISE I22 1. Conceptos fundamentales1.2. Componentes, dispositivos y circuitos Generador o fuente independiente de corriente ideal Mantiene entre sus terminales una corriente determinada independientemente de la tensión entre ellos. i v ig(t)ig(t) t ig(t)ig(t) i t i IGIG i IGIG v ig(t)ig(t) + _ v i IGIG + _ v i

24 CISE I23 1. Conceptos fundamentalesÍndice 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES 1.1. Magnitudes eléctricas y unidades 1.2. Componentes, dispositivos y circuitos 1.3. Señales 1.4. Leyes de Kirchhoff

25 CISE I24 1. Conceptos fundamentales1.3. 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. SENSOR CIRCUITO ACTUADOR Señal no eléctrica Señales eléctricas Señal no eléctrica

26 CISE I25 Forma de onda Tensión tiempo 1. Conceptos fundamentales1.3. Señales Ejemplo: señal eléctrica del corazón (ECG) Ruido es toda señal no deseada que enmascara la información.

27 CISE I26 1. Conceptos fundamentales1.3. Señales Ejemplo: señal de voz MICROFONO CIRCUITO ALTAVOZ PANTALLA Señal al decir 3 veces hola

28 CISE I27 1. Conceptos fundamentales1.3. Señales Señal escalón Escalón unidad t u(t) v(t) A t0t0 t

29 CISE I28 1. Conceptos fundamentales1.3. Señales Señal pulso t1t1 t2t2 A Señal rampa r(t) t Rampa de pendiente unidad t0t0 1 B t v(t)

30 CISE I29 1. Conceptos fundamentales1.3. Señales Señal exponencial  = constante de tiempo A t 11 22 v(t) v(t) /A 01 10,37 20,13 30,05 40,02 50,007

31 CISE I30 1. Conceptos fundamentales1.3. Señales Señal sinusoidal A = amplitud o valor de pico 2·A = valor de pico a pico g = frecuencia angular (rad/s)  = ángulo de fase (rad) f = frecuencia (Hz) T = periodo (s) A -A-A T v(t) t función periódica Sumando sinusoides de diferentes frecuencias se puede aproximar cualquier señal (análisis de Fourier)

32 CISE I31 1. Conceptos fundamentales1.3. 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

33 CISE I32 1. Conceptos fundamentalesÍndice 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES 1.1. Magnitudes eléctricas y unidades 1.2. Componentes, dispositivos y circuitos 1.3. Señales 1.4. Leyes de Kirchhoff

34 CISE I33 1. Conceptos fundamentales1.4. 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.

35 CISE I34 1. Conceptos fundamentales1.4. 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). A B C D E iEiE iDiD iCiC iBiB iAiA iRiR nudo A nudo B nudo C i B =i A i E =i D +i C i A +i C +i D =i B +i E i R =0

36 CISE I35 1. Conceptos fundamentales1.4. 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). vAvA A B C D E vBvB vDvD vCvC vEvE + + + + + _ _ _ _ _ v A - v B = 0 -v C - v D = 0 v D + v E = 0 A B C

37 CISE I36 1. Conceptos fundamentales1.4. 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. A B C A B C El mismo circuito