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Departamento de Electrónica

Electrónica Analógica I pag. 1/10

Definiciones Básicas

ELEMENTOS ACTIVOS, PASIVOS Y RECTIVOS DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Los elementos activos, son dispositivos capaces de generar una tensión o una corriente (en forma más general un campo eléctrico) y suministrar potencia a una carga dada (entregan energía).

Los elementos pasivos, son aquellos, que al circular corriente eléctrica por ellos producen una diferencia de potencial entre sus bornes y disipan potencia en forma de calor (consumen energía).

Los elementos reactivos, son aquellos, que tienen la propiedad de almacenar energía en forma de campo eléctrico o magnético para luego poder entregarla como una diferencia de potencial o como una intensidad de corriente eléctrica.

FUENTE IDEAL DE TENSIÓN:

Es el elemento activo ideal de circuito que entrega entre sus bornes una diferencia de potencial independiente del elemento que se le coloque como carga. Su unidad es el “volt” [ V ]

En la realidad una fuente de tensión entrega una diferencia de potencial que puede tener una leve dependencia del elemento que se le conecte.

Según los diferentes autores se la suele simbolizar como alguna de las siguientes maneras:

FUENTE IDEAL DE CORRIENTE:

Es el elemento activo ideal de circuito que entrega entre sus bornes una intensidad de corriente eléctrica independiente del elemento que se coloque como carga. Su unidad es el “Ampere” [ A ]

En la realidad una fuente de corriente entrega una intensidad de corriente eléctrica que puede tener una dependencia del elemento que se le conecte.

Según los diferentes autores se la suele simbolizar como alguna de las siguientes maneras:

I

B

A I

I

B

A I

I

B

A I

V +

_

B

A

V AB

+

_ V

+

_ V

B

A

V AB

B

A

V AB



RESISTOR:

Es el elemento pasivo ideal de circuito que tiene la propiedad de oponerse en cierto grado al paso de la corriente eléctrica, a esta propiedad se la llama resistencia y se produce la transformación de la energía eléctrica que se le entregue en calor,. Esta propiedad se basa en la Ley de Ohm que dice que la resistencia eléctrica de un elemento es la relación entre la diferencia de potencial aplicada al mismo y la intensidad de corriente que por el circule. Su unidad es el “Ohm” [ Ω ]

En la realidad este elemento aparte de transformar la energía eléctrica en calor, puede almacenar algo de energía en forma de campo eléctrico y/o magnético.

Se lo suele simbolizar de la siguiente manera:

La experiencia nos enseña que la resistencia de un conductor depende del material de que está constituido, de su longitud y de su espesor. Cuanto más largo es un conductor, tanto mayor es la resistencia que opone al paso de la corriente eléctrica, porque se intercambia mas energía por choques durante la trayectoria ) y cuanto más grueso tanto menor (porque existe una superficie mayor por donde pueden circular las cargas). Si llamamos l a la longitud en m, S a la sección en m2 y R a la resistencia en W, tenemos

R = l

S]ρ [Ω

siendo ρ una constante de proporcionalidad que depende de la naturaleza del conductor, conocida con el nombre de resistencia específica o resistividad. Sus unidades son Ω.m ó bien Ωmm2/m. El valor recíproco de la resistividad se llama conductividad (σ).

CAPACITOR:

Es el elemento reactivo ideal de circuito que tiene la propiedad de almacenar energía en forma de campo eléctrico para luego entregarla como una diferencia de potencial, a esta propiedad se la llama capacitancia. Su unidad es el “Faradio” [ F ]

En la realidad este elemento aparte de la propiedad de capacitancia, puede transformar algo de la energía eléctrica en calor y puede almacenar algo de campo magnético.

Resistencia = Diferencia de potencial

Intensidad

R [ Ω ] = __V_[ V ]__

I [ A ]




Capacidad = Cantidad de carga

Dif. de potencial

Q

V

1C

1V = 1F = =

INDUCTOR:

Es el elemento reactivo ideal de circuito que tiene la propiedad de almacenar energía en forma de campo magnético para luego entregarla como una intensidad de corriente eléctrica, a esta propiedad se la llama inductancia. Su unidad es el “Henry” [ H ]

En la realidad este elemento aparte de la propiedad de inductancia, puede transformar algo de la energía eléctrica en calor y puede almacenar algo de campo eléctrico.


la inductancia ( ), es una medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético ( ) y la intensidad de corriente eléctrica ( ) que circula por la bobina y el numero de vueltas (N) de el devanado

C C C

L



Conductividad de Materiales

• Los conductores eléctricos: que generalmente son los metales

o Plata 6,30 x 107

o Cobre 5,96 x 107

o Oro 4,55 x 107

o Aluminio 3,78 x 107

o Hierro 1,53 x 107

• Los semiconductores eléctricos:

o Carbono 2,80 x 104

o Germanio 2,20 x 10-2

o Silicio 1,60 x 10-5

• Los aislantes eléctricos:

o Vidrio 10-10 a 10

-14

o Mica 10-11 a 10

-15

o Teflón < 10-13



CORRIENTE ELECTRICA

Cuando existen cargas "estacionadas" en un cuerpo se habla de electricidad estática. Cuando las cargas fluyen a través de un conductor debido a la acción de un campo eléctrico, se habla de corriente eléctrica.

La corriente eléctrica se establece a través de un conductor debido a la acción de una batería, porque al estar cargados los dos polos de la batería (que consiste en un número de celdas que convierten energía proveniente de una transformación química en energía eléctrica), se origina una presión eléctrica distinta en cada uno de ellos, estableciéndose una diferencia de potencial o fuerza electromotriz, que es la responsable del paso de corriente.

Durante dicho paso los electrones van desde el polo negativo al positivo, si bien, por razones históricas, se dice que la corriente circula del polo positivo al negativo, ya que normalmente uno no dice que un elemento de valor negativo se mueve en un determinado sentido sino que un elemento igual pero de valor positivo se mueve en sentido opuesto, por lo que convencionalmente diremos que la corriente eléctrica son cargas que circulan desde el polo positivo de la fuente al negativo de la misma.

Si una corriente eléctrica circula por un conductor, realiza un trabajo y tiene lugar un desprendimiento de calor.

El movimiento de cargas se ve impedido en parte por la transferencia de energía entre átomos adyacentes en el conductor. Las cargas chocan con los átomos constituyentes a medida que se mueven bajo la influencia del campo eléctrico, transfiriendo parte de su energía.

En este proceso se genera calor por agitación térmica del material. Este fenómeno se conoce con el nombre de efecto Joule. El número de choques depende de las características químicas del material

Entre las numerosas aplicaciones del efecto Joule citaremos las planchas, las cocinas y las estufas eléctricas, las lámparas de incandescencia, los calentadores, etc. Los fusibles que se intercalan en los circuitos para evitar el paso de intensidades excesivas que pueden perjudicar los aparatos intercalados y la misma instalación, se basan en la fusión de un hilo por el calor desarrollado cuando la intensidad de la corriente alcanza un determinado valor. Al fundirse y quedar el circuito abierto, se interrumpe el paso de corriente.



La cantidad de cargas que circulan por el conductor en la unidad de tiempo se denomina intensidad de corriente, y es igual al cociente entre la carga que pasa por el conductor y el tiempo que ha tardado en atravesarlo.

Intensidad = Cantidad de carga

tiempoI =

Q

t

Si la carga de 1 culombio pasa por un conductor en 1segundo, decimos que la intensidad de corriente es de 1amperio. Esta es la unidad de intensidad en el sistema MKS. Por tanto,

1 amperio =

1 culombio

1 segundo1 A =

1C

1s

POTENCIA ELECTRICA

La cantidad de carga que atraviesa un conductor en un intervalo dado es igual a la intensidad por el tiempo empleado en dicha circulación:

Q = I.t

El trabajo realizado por la corriente será:

W = Q.V = V.I.t V.A.s = J

Trabajo = Diferencia de potencial x intensidad x tiempo

julios(J) voltios(V) amperios(A) segundos(s)

Si el tiempo considerado es un segundo tendremos la potencia.

P = W/t



Potencia = Diferencia de potencial x intensidad

vatios (W) voltios (V) amperios (A)

LEYES DE KIRCHHOFF

Son una aplicación de la ley de Ohm y sirven para determinar la magnitud y sentido de las corrientes que circulan por una red.

Se llama red a un conjunto de circuitos cerrados.

Nodo es el punto donde se encuentran varios circuitos.

Malla es cualquier circuito que pueda ser recorrido volviendo al punto de partida sin pasar más de una vez por el mismo punto.

• La primera ley de Kirchhoff dice que "la suma de diferencias de potencial en una malla, es igual a 0".

• La segunda ley de Kirchhoff dice que "en un nodo, la suma de las intensidades que llegan es igual a la suma de las intensidades que de él parten"; por tanto, en el nodo no se acumula carga alguna.

Resistencias en Serie.

Son aquellas que comparten la misma corriente, pero cada una tendrá su caída de tensión.

La Resistencia equivalente será la suma de todas las resistencias. Tener en cuenta que la resistencia total siempre es mayo que la mayor.



Re= R1+R2+…..+Rn

Resistencias en Paralelo

Las resistencias en paralelo son aquellas que comparten la misma diferencia de potencial, pero por cada de una de ellas circulara corriente distinta.

La resistencia equivalente se calcula de la siguiente manera:

Tener en cuenta que la resistencia equivalente siempre es menor que la menor.

Método de Mallas

El método de mallas es una técnica usada para determinar las corrientes de cualquier elemento de un circuito. Esta técnica está basada en la ley de tensiones de Kirchhoff. La ventaja de usar esta técnica es que crea un sistema de ecuaciones para resolver el circuito, minimizando en algunos casos el proceso para hallar las corrientes de un circuito.

Para usar esta técnica se procede de la siguiente manera: se asigna a cada una de las mallas del circuito una corriente imaginaria que circula en el sentido que nosotros elijamos; se prefiere



asignarle a todas las corrientes de malla el mismo sentido. De cada malla del circuito, se plantea una ecuación que estará en función de la corriente que circula por cada elemento. En un circuito de varias mallas resolveríamos un sistema lineal de ecuaciones para obtener las diferentes corrientes de malla.

La ecuaciones surgen de recorrer la malla sumando las caídas de tensiones en cada resistencia e igualando las mismas a la suma de las fuentes de tensión. Hay que tener en cuenta que si por una resistencia circulan dos corrientes hay que restarlas o sumarlas dependiendo del sentido de las mismas. Vale decir si una vez resuelto el sistema de ecuaciones una corriente resulta negativa, significa que dicha corriente circula para el lado contrario del que fue planteado, pero sigue siendo correcto el resultado.

Ejemplo:

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