UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNADEscuela de Ciencias Bsicas, tecnologa e Ingeniera

CURSO: ANLISIS DE CIRCUITOS

FASE 1

SAMUEL ISAAC MORA RODRIGUEZCODIGO: 1.067908.173

GRUPO: 243003_24

05 de septiembre de 2015CORRIENTE ELECTRICAEs un flujo o movimientos ordenados de electrones que tienen la libertad de moverse a travs de estructuras atmica de ciertos materiales, el nmero de electrones que circulan de un punto a otro de un circuito en un tiempo especificado es denominado intensidad de corriente y se representa mediante la letra i o I. La unidad de medida de la misma es el ampere o amperio (A), denominada as en honor del fsico francs Andr M. Amper (1775-1836), descubridor de la ley que lleva su nombre. Esta se mide usando un instrumento llamado ampermetro.

Figura 1. Flujo de electrones

La unidad ms prctica es el Culombio que equivale a 6.28 millones de millones de millones (6.28X10-18), en el sistema internacional de unidades se expresa en C/s Culombios sobre segundo lo que es igual a un amperio representado por la letra (A).Ecuacin 1.

La unidad ms empleada es el amperio (A), sin embargo en muchos circuitos electrnicos se suelen usar corrientes menores como miliamperios la cual es la milsima parte de un amperio o se usa el micro amperio que es la millonsima parte de un amperio, en el siguiente cuadro se muestra como hacer conversin de las unidades ms usadas.PrefijoAbreviaturaEquivalencia(notacin cientfica)Factor de multiplicacin para llega a (A)

MltiplosMegamperioKA1x106 AX 1000.000

KiloamperioMA1x103 AX 1.000

Unidad bsicaAmperioA1x101 AX 1

SubmltiplosMiliamperiomA1x10-3 AX 0,001

MicroamperioA1x10-6 AX 0,000001

Tabla 1. Unidades de conversin del Amperio.

VOLTAJEEs una fuerza capaz de mover los electrones libres que se encuentran en un circuito, esta es proporcionada por una fuente la cual posee una diferencia de potencial entre sus terminales debido a la acumulacin de cargas elctricas entre ellos, es decir el voltaje nace en una fuente.Figura 2. Seal del voltaje directo y alterno.

Los voltajes tienen presentan varias formas dependiendo de su naturaleza El voltaje entre los terminales de la fuente de alimentacin, es conocida como Fuerza electromotriz (FEM). El voltaje entre los terminales de una carga se denomina Cada de voltaje o cada de tensin. El voltaje de dos puntos cualquiera de un circuido se llama diferencia de potencial.El voltaje se le conoce en dos formasVoltaje directo: se aplica cuando el voltaje tiene una polaridad estableca en todo el tiempo que se aplique al circuito, es decir que conservara la misma polaridad ya sea positivo o negativoVoltaje alterno: en esta la polaridad vara acorde al tiempo como una curva senoidal.Matemticamente el voltaje se define como.Ecuacin 2.

La unidad de medida utilizada es el voltio, esta representa la cantidad de fuerza aplicada en un circuito, muchas veces se suelen utilizar voltajes mayores o menores en un circuito por lo que se utilizan los mltiplos y submltiplos; donde los mltiplos son las unidades mayores a la unidad principal y los submltiplos son las unidades menores a la unidad principal. En la siguiente tabla se da un resumen de los mltiplos y submltiplos y el factor de multiplicacin.PrefijoAbreviaturaEquivalencia(notacin cientfica)Factor de multiplicacin para llega a (V)

MltiplosMegavoltioKV1x106 VX 1000.000

KilovoltioMV1x103 VX 1.000

Unidad bsicaVoltioV1x101 VX 1

SubmltiplosMilivoltiomV1x10-3 VX 0,001

MicrovoltioV1x10-6 VX 0,000001

Tabla 2. Unidades de conversin Voltio.

POTENCIAEs la cantidad de energa entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. La unidad de medida es el vatio (watt) que equivale a J/s (Julio por segundo) denominado en honor a James Watt (1736 1819), la potencia en un circuito elctrico se determina mediante la ley de watt, en donde se puede declarar que la potencia elctrica es directamente proporcional al voltaje y la corriente.Ahora si la resistencia y el voltaje de alimentacin no cambian, la potencia en la resistencia se manifestara por el consumo de amperios, es decir a mayor corriente; mayor potencia y viceversa.Ecuacin 3.

Donde: P = Potencia disipada en vatio (W).

V = Tensin aplicada en voltios (V).

I = Corriente expresadas en amperios (A).

Para que los resultados sean correctos se deben usar las unidades bsicas. El sistema de conversin del vatio es.PrefijoAbreviaturaEquivalencia(notacin cientfica)Factor de multiplicacin para llega a (W)

MltiplosMegavatioKW1x106 WX 1000.000

KilovatioMW1x103 WX 1.000

Unidad bsicaVatioW1x101 WX 1

SubmltiplosMilivatiomW1x10-3 WX 0,001

MicrovatioW1x10-6 WX 0,000001

Tabla 3. Unidades de conversin del vatio.

ENERGALa energa es la capacidad de un sistema fsico para realizar trabajo. La materia posee energa como resultado de su movimiento o de su posicin en relacin con las fuerzas que actan sobre ella. Se manifiesta en varias formas, entre ellas la energa mecnica, trmica, qumica, elctrica, radiante (o de luz) o atmica. Todas las formas de energa pueden convertirse en otras formas mediante los procesos adecuados.La energa se puede representar con varias magnitudes.EnergaErgioJouleCaloraKw/heV

Ergio110-72,389x10-82,778x10-146,242x1011

Joule10710,23892,778x10-76,242x1018

Calora4,186x1074,18611,163x10-62,613x1019

Kw/h3,6x10133,6x1068,601x10512,247x1025

eV1,602x10-121,602x10-193,827x10-204,450x10-261

Tabla 4. Unidades de energa.

RESISTENCIAEs el grado de oposicin que ofrece un material cuando es atravesado por una corriente elctrica. En general todo material ofrece una resistencia aunque algunos materiales son conductores, es decir poseen una baja resistencia, tambin existen materiales semiconductores, ofrecen una resistencia no muy alta ni muy baja y materiales aislantes que ofrecen una resistencia muy alta.Figura 3. Tipos de resistencias.

La unidad de medida base para medir las resistencias de los materiales es el Ohmio representado por la letra griega omega (), el nmero de ohmios representa la cantidad de oposicin que se presenta en dicho material ante el flujo de corriente. Entre mayor sea el nmero de ohmios mayor es la oposicin al flujo de corriente y entre menor sea el nmero de ohmio menor ser la oposicin al flujo de corriente. Como se muchas veces se manejan resistencias muy altas se requiere de usar una tabla de conversin.PrefijoAbreviaturaEquivalencia(notacin cientfica)Factor de multiplicacin para llega a ()

MltiplosMegaohmioK1x106 X 1000.000

KilohmioM1x103 X 1.000

Unidad bsicaOhmio1x101 X 1

SubmltiplosMiliohmiom1x10-3 X 0,001

Microhmio1x10-6 X 0,000001

Tabla 5. Unidades de conversin del ohmioEl valor de las resistencias varan fsicamente y estas se reconocen mediante un cdigo de colores que se muestran a continuacin.

Figura 4. Cdigo de colores de las resistencias.

En las resistencias de 4 bandas, las dos primeras son los valores fijos y la tercera es el multiplicador Por ejemplo. Si se quisiera una resistencia de 1.5K se debera conseguir una resistencia que posea los colores (marrn-verde-rojo) el ultimo color es la tolerancia de la resistencia.

LEY DE OHMSon frmulas que relacionan la corriente, el voltaje y la resistencia. Usada para el anlisis y diseos de todo tipo de circuitos electrnicos, esto con el fin de hacer una seleccin apropiada de conductores, fusibles, entre otros tipos de componentes.En 1828 el fsico alemn Georg Simon Ohm (1789 1854) establece que una ley que dice:Figura 5. Ley de Ohm.

La intensidad (I) de la corriente elctrica que circula por un circuito es directamente proporcional al voltaje aplicado (V) e inversamente proporcional a la resistencia (R) del mismo.Matemticamente se puede decir que:Ecuacin 4.

Donde: R = Resistencia u oposicin de la corriente, expresada en ohmios ().

V = Es la tensin aplicada al circuito, expresada en voltios (V).

I = Corriente que circula por el circuito, expresada en amperios (A).

Para que la frmula de resultados correctos, se deben usar las unidades bsicas, es decir el voltio, amperio y ohmio. Si estas magnitudes estn expresadas en mltiplos o submltiplos, se recomienda hacer su respectiva conversin.Matemticamente la ley de ohm se puede representar mediante dos ecuaciones msPara hallar la resistencia si se conoce el voltaje y la intensidadPara hallar el voltaje si se conoce la resistencia y la intensidad

FUENTESFuente de tensin.Tensin directa: se denomina directa cuando la tensin o diferencia de potencial entre sus dos extremos es de una polaridad constante, es decir la corriente sale del polo positivo para entrar por el polo negativo.Tensin alterna: se le llama alterna cuando la diferencia de potencial vara la polaridad en el tiempo.Fuente de tensin ideal: es una fuente de tensin que tiene una salida constante, esta incluye una resistencia interna de 0.Fuente de tensin real: esta fuente de tensin posee en su interior una resistencia con un valor bajo, en esta se presenta una prdida de tensin.

Fuente de corriente.Fuente de corriente directa: se le llama as cuando las cargas tienen un solo sentido en un circuito.Fuente de corriente alterna: se le llama as cuando las cargas viajan en ambos sentidos en un circuito.Fuente de corriente ideal: es aquella que posee una resistencia interna infinita y produce una salida de corriente constante.Fuente de corriente real: Fuente de corriente real es la que tiene una determinada resistencia interna. En esta hay prdida de corriente. El resto de la corriente va a la carga que es la que se aprovecha.

TRANSDUCTORES E INTERRUPTORESTransductores.Los transductores son dispositivos capaces de transformar una determinada manifestacin de energa de entrada en otra diferente a la salida, pero de valores muy pequeos.Figura 6. Funcin del transductor.

El solo nombre indica que realiza una transformacin ya sea como por ejemplo de una fuerza mecnica a una seal elctrica o viceversa. Son dispositivos usados principalmente en las industrias, robtica entre otros. Con el fin de conseguir informacin de entornos fsicos o qumicos y de acuerdo a la informacin recolectada pasarla a seales o impulsos elctricos o viceversa.

Interruptores. Son dispositivos para permitir o interrumpir mecnicamente el flujo de energa en un circuito, consta bsicamente de un contacto mvil, uno o dos contactos fijos y un mecanismo de accionamiento, puede ser operado por deslizamiento, presin o palanca, conectando el contacto mvil con uno fijo haciendo que se cierre el circuito y permita el flujo de energa, cuando se posiciona en abierto se le llama OFF y cuando est cerrado se le llama ON.Hay interruptores de accin momentnea, es decir que solo funcionan cuando se mantienen presionados ya sea para cerrar o abrir un circuito. Tambin existen interruptores de accin permanente, que solo basta con accionarlos para que se mantengan en una sola posicin ya sea abierto o cerrado. Los interruptores poseen varios polos esto con el fin de abrir o cerrar varios circuitos al mismo tiempoLas configuraciones ms comunes en los interruptores son la spst (un polo/un tiro), la spdt (un polos/dos tiros), los dpst (dos polos/un tiro) y la dpdt (dos polos/dos tiros).La mayora de los interruptores de un tiro (spst y dpst) son de tipo "Off-On" es decir que siempre estn cerrados en una posicin y abiertos en la otra, a estos tambin se les encuentra en una accin momentnea los cuales permanecen normalmente en un estado abierto o cerrado y pasan al estado contrario mientras se accionan, es decir si son normalmente cerrados al accionarse se abren y viceversa.Tipos de interruptores.Existen varios tipos, todos dependiendo de sus caractersticas constructivas y el uso que se le desea dar:

Figura 7. Tipos de interruptores.Interruptores deslizantes: por lo general se presentan en dos versiones la spst, spdt o dpdt, algunas veces en versiones dpst, sp3t, dp3t, 3pdt, 4pdt, 4p3t. son los ms sencillos de fabricar pero son los que ms rpido se desgastan debido al rozamiento continuo de su superficie de contacto.Interruptores de codillo: conocidos como toggles, vienes en las mismas versiones que los deslizantes pero estos pueden manejar corrientes superiores.Interruptores de balancn: llamados rockers, se hallan en versiones spst, spdt, dpdt, 4pdt, son mucho ms complicados en el punto de vista mecnico que los deslizantes, pero estos presentan un menor desgaste y pueden soportar tensiones y corrientes muy altas.Interruptores de presin: se consiguen generalmente en versiones spst de tipos (off-On) y (On-off), estos son de accin momentnea, aunque algunos tienen la caracterstica de quedar enclavados pudindoseles utilizar como interruptores convencionales.Interruptores DIP o doble fila: comnmente conocidos como dipswitches, se hallan en versiones desde 1 hasta 12 interruptores individuales, estos se utilizan en aplicaciones donde las corrientes son muy bajas y los accionamientos no son tan frecuentes.Interruptores rotatorios: denominados conmutadores o llaves selectoras, constan de uno o ms discos de material aislante que giran entre un nmero similar de discos fijos, consta de mximo 12 contacto, dependiendo de la forma en que se dispongan los discos estos pueden tener varias configuraciones en los polos.Micro interruptores: son interruptores sensibles que abre o cierran mediante levas u otras piezas mecnicas, estos son muy utilizados como detectores de posicionamiento de las maquinas u equipos.Rels: son interruptores conformados por una bobina de ncleo de hierro y un arreglo de contactos, cuando se le aplica una corriente a la bobina, el campo magntico producido por esta ltima acciona los contactos, abriendo los que estaban cerrados y viceversa, al suspender la corriente vuelven a la posicin bsica. Se les consiguen en versiones spst, spdt, dpst, dpdt, 3pdt y 4pdt. Existen rels de esto solido o SSRs, basados en semiconductores estos rels son ms compactos y silenciosos que los rels convencionales aparte de que no se desgastan pueden manejar corrientes muy elevadas.Antes de la seleccin de un interruptor hay que tener en cuenta desde el punto elctrico las caractersticas de este, es decir saber que voltaje y corriente se va a manejar y que interruptor la soporta.

CAPACITORES E INDUCTORESCapacitores.Son componentes elctricos diseados con el fin de almacenar energa elctrica temporalmente en forma de voltaje. Esta formados fsicamente por dos superficies metlicas llamadas placas separadas por un material aislante denominado dielctrico.Los condensadores pueden ser fijos o variable y la capacidad de almacenar energa se le llama capacitancia, estn fabricados en diferentes materiales como el aluminio, tantalio, papel, entre otros.Los condensadores pueden ser polarizados o no polarizados, todo dependiendo del uso que se le desea dar.La unidad de medida es el faradio, aunque es una unidad demasiado, en electrnica se suelen usar con frecuencia los microfaradio (F) que son la millonsima (1x10-6) parte de un faradio y picofaradios (pF) que son la billonsima (1x10-12) parte de un faradio.

Inductores.Tambin conocidos como bobinas, son componentes diseados para almacenar temporalmente energa elctrica en forma de corriente y oponerse a los cambios de esta. Fsicamente estn formadas por varias vueltas de alambre, denominados espiras, ya sea arrolladas en un espiral y realizadas sobre un material magntico llamado ncleo. Al ser un componente cuyos materiales son fciles de conseguir el usuario podr fabricar una bobina dependiendo de la necesidad.Estas pueden ser fija o variables, dependiendo de su capacidad para almacenar corriente, a esto se le llama inductancia, suelen ser de diversos tipos todo dependiendo de su material de ncleo o forma geomtricaLa unidad de medida principal es el henrio, esta es una medida relativamente grande, por lo que en electrnica se suele trabajar con sus submltiplos que son el microhenrio(H) que es una millonsima(1x10-6) parte del henrio y el milihenrio (mH) que es una milsima (1x10-3) parte del henrio.

ALMACENAMIENTO DE ENERGAComprende los mtodos que tiene la humanidad para conservar en la medida de lo posible una cierta cantidad de energa en cualquier forma, para liberarla cuando se requiera en la misma forma en que se recolect o en otra diferente. Las formas de energa pueden ser energa potencial (gravitacional, qumica, elstica, etc.) o energa cintica. Muchos sistemas mecnicos funcionan almacenando energa y consumindola lentamente: un ejemplo es el reloj mecnico que almacena en el muelle la energa para ir consumindola va un regulador. En un ordenador los condensadores existentes en un chip almacenan la energa suficiente para que al volver a encenderse tengan la memoria de algunas de las funciones previas. Incluso los alimentos son una forma que la naturaleza tiene de almacenar la energa procedente del Sol.

LEYES DE KIRCHHOFFSon dos igualdades que se basan en la conservacin de la energa y la carga en los circuitos elctricos con el fin de hallar corrientes y tensiones en cualquier punto de un circuito elctrico. Las leyes de Kirchhoff tienes diferentes declaraciones tanto para corriente como tensin.Ley de Kirchhoff de corriente.Llamada KCL es la primera ley de Kirchhoff o ley de nodos; nos dice que la sumatoria de corrientes entrantes en un nodo es igual a la suma de corrientes salientes del mismo nodo.Ecuacin 5.

Aplicando ley de ohmEcuacin 6.

Ley de Kirchhoff de tensin.Llamada KVL es la segunda ley de Kirchhoff o ley de mallas; nos dice que la sumatoria de las cadas de tensiones de todos los componentes de una malla cerrada debe ser igual a cero. Ecuacin 7.

Aplicando ley de ohm.Ecuacin 8.

CIRCUITO SERIE Y PARALELOSe denomina circuito en serie cuando se conectan dos o ms cargas a una fuente, de tal modo que solo exista una trayectoria para la circulacin de la corriente, para que esto se cumpla las cargas deben estar conectadas una tras otro conectado a la fuente. Figura 8. Forma esquemtica de un circuito serie y paralelo.

Se denomina circuito en paralelo cuando se conectan dos o ms cargas a una misma fuente, de tal modo que existe ms de una trayectoria para la circulacin de la corriente.Para hallar la resistencia total de un circuito en serie se hace una suma de todas las resistencias en este.Ecuacin 9.

Donde: Rn= Es la cantidad de resistencias en el circuito.

Para hallar la resistencia total en un circuito donde estas estn configuradas en paralelo se usa la siguiente formula. Ecuacin 10.

Donde: Rn= Es la cantidad de resistencias en el circuito.

DIVISIN DE VOLTAJE Y CORRIENTEDivisin de tensin.Se produce cuando la tensin de la fuente se divide entre sus resistencias de forma proporcional a la resistencia de cada una, solo se aplica a circuitos en serie. Se expresa de la siguiente forma.Ecuacin 11.

Donde: Vn = cada de tensin de la resistencia a hallar.

Rn = resistencia el cual se le hallara la cada de tensin.

Req = Suma de todas las resistencias en el circuito.

V = Voltaje inicial.

Divisor de corrienteSe produce cuando la corriente total se divide entre sus resistencias de forma inversamente proporcional a la resistencia de cada una, solo se aplica a circuitos en paralelo. Se expresa de la siguiente forma.Ecuacin 12.

Donde: In = corriente que se desea hallar.

Rn = resistencia el cual se le hallara la corriente.

Req = Suma de todas las resistencias en el circuito.

I = Intensidad de corriente.

CIRCUITO FASE 1Para una mejor compresin de los conceptos tratados con anterioridad, se plantea el siguiente ejercicio. (Simulado con el programa Proteus 8 Professional)Del siguiente circuito.

Figura 9. Circuito propuesto para la fase 1.Se pide hallar: Resistencia total. Corriente total (A) Cada de voltaje en cada una de las resistencias del circuito Corriente que circula por cada una de las resistencias Potencia del circuito.SolucinSe resuelven resistencias en paralelo, usando para ellos la Ecuacin 10.

Haciendo resumen nos queda el siguiente circuito.

Se procede a sumar las resistencias en serie para seguir hallando las resistencias en paralelo, para ello se usa la Ecuacin 9.

Nuevamente volvemos a hallar las resistencias en paralelo, Ecuacin 10.

Se vuelven a hallar las resistencias en serie, Ecuacin 9.

Resistencias en paralelo, Ecuacin 10.

Hallamos resistencia total

Para hallar la corriente total usamos la ley de ohm. Ecuacin 4.

Dnde:

Hallar la cada de tensin y corriente de cada resistencia.Para hallar solo basta con conocer los conceptos en cmo trabaja la corriente y la tensin en un circuito mixto.

La cada de tensin de R1. El voltaje que sale de R1 es igual a Para hallar la cada de tensin de R2 ah que agrupar todas las resistencias para hallar su corriente.

Quedando un circuito similar a este

Para hallar la corriente basta con usar la ley de ohm, Ecuacin 4.

Entonces se sabe que por ese circuito circula una corriente de . Con eso podemos resolver la cada de tensin de mediante ley de ohm, Ecuacin 4.

El voltaje que sale de ; quedando as el siguiente circuito

Con esto se puede hallar mediante ley de ohm, ya que la cada de tensin es 0,3V para

Se vuelven a agrupar resistencias para hallar su corriente.

Cada de tensin de

El voltaje que queda despus de pasar por es:

Con esto se puede hallar usando ley de ohm, Ecuacin 4.

Ahora procedemos con la segunda parte lo cual tenemos el siguiente circuito

Para no agrupar todo el circuito con el fin de conocer que corriente circula por este, restamos la corriente total con la del circuito anterior que es 0,002929515A

Luego de ello podemos hallar la cada de tensin de con ley de ohm

Y el voltaje que reja pasar es Se procede a hacer una simplificacin del circuito para saber que intensidad recorre cada nodo

Se suman las dos resistencias.

Quedando el siguiente circuito

Hallamos la corriente que circula por ambos nodos.

De nuevo con el circuito para hallar cada de tensin

Podemos hallar la cada de tensin de y

Comprobamos: Ahora hallamos cada de tensin de y

Comprobamos: Ahora hallaremos la corriente de , , y

Para resumir los datos obtenidos se planteara la siguiente tabla que muestra la cada de tensin y la corriente que circula por cada resistenciaCAIDA DE TENSION (V)CORRIENTE QUE CIRCULA (A)CORRIENTE QUE CIRCULA (mA)CORRIENTE QUE CIRCULA (A)

R12,040,0171717000

R29,660,0029295152,9295152929,515

R30,0064080,0000035600,003563,56

R40,30,00333000

R50,2935920,0000006240,0006240,624

R60,2935920,0000029350,0029352,935

R73,090,01407048514,07048514070,485

R82,740,000002740,002742,74

R92,740,01245454512,45454512454,545

R104,140,0000073920,0073927,392

R114,140,01254545412,54545412545,454

R124,720,00315137643,15137643151,3764

R132,140,00315137643,15137643151,3764

Tabla 5. Resumen circuito Fase 1.

Para hallar la potencia total, se utiliza la ley de watt, Ecuacin 3.Reemplazamos valores

REFERENCIAS

Pastora. C. Tipos de energa. Recopilado de:http://www.monografias.com/trabajos91/tipos-de-energia/tipos-de-energia2.shtmlTransductor. (2014, 16 de octubre). Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: marzo 2, 2015 desde: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Transductor&oldid=77585163CEKIT S.A. (sn). Curso fcil de Electrnica Bsica.