Circuitos Elctricos y Electrnicos

Prof. Humberto Acosta

Informacin Bsica

Seccin 01 Mircoles 8:40-10:20 B-19

Viernes 8:40-10:20 B-19

Seccin 02 Mircoles 10:20-12 m B-19

Viernes 10:20-12 m B-19

Evaluacin: Tres exmenes, cada uno con un peso de 33,33% de la nota final. Tarea opcional.

Sitio web del curso: http: //groups.google.com/group/cee-2s07-s1Correo electrnico: cee-2s07-s1@googlegroups.com

Prelacin: Fsica II y Clculo de una variable.

Metas: Conocer y analizar la operacin de circuitos electrnicos bsicosanalgicos y digitales usados en sistemas modernos de computadoras, comunicaciones, entretenimiento, mdicos, etc.

Conocer las herramientas bsicas para anlisis de circuitos elctricos .

Conocer el lenguaje bsico para comunicarse con un ingeniero electricista o electrnico y conformar equipos de trabajo.

Necesario para avanzar porque es prelacin para Mquinas Elctricas.

Informacin Bsica

Texto: Electrical Engineering: Principles and Applications, 3rd Edition, por Allan R. Hambley, Prentice Hall.

Texto: Principios y Aplicaciones de Ingeniera Elctrica, Tercera edicin,por Giorgio Rizzoni, Mcgraw Hill, 2002

Informacin Bsica

Texto: Electrical Engineering: Principles and Applications, Fourth Edition, por Allan R. Hambley, Prentice Hall, 2007

Texto: Principios y Aplicaciones de Ingeniera Elctrica, Fifth edition, por Giorgio Rizzoni, Mcgraw Hill, 2007

Informacin Bsica

Cualquier texto sobre Circuitos Elctricos y Electrnica puede usarse.

1) Anlisis de Circuitos en Ingeniera, por WilliamHayt, Jack Kemmerly y Steve Durbin, Mcgraw Hill,Sptima edicin.

2) Electrnica, 2da. edicin, por Allan Hambley, Prentice Hall, 2000.3) Introduccin al Anlisis de Circuitos, por Robert Boylestad, Prentice Hall,

20044) Electrnica: Teora de circuitos y Dispositivos Electrnicos, 8va.

edicin, por Robert Boylestad, Prentice Hall, 2003.5) Fundamentos de Circuitos Elctricos, por Charles Alexander y Mattew

Sadiku, Mcgraw Hill

Informacin Bsica

Captulo 1: Introduccin

Leyes de Kirchhoff.

Elementos de Circuitos.

Captulo 2: Circuitos Resistivos.

Resistencia en Serie y en Paralelo.

Voltajes-Nodos y Corrientes-Mallas.

Anlisis de Redes Circuitales.

Principio de Superposicin

Captulo 3: Inductancia y Capacitancia.

Capacitancia.

Inductancia.

Chapter 4: Transitorios.

Circuitos RC de primer orden y Circuitos RL de primer orden.

Circuitos de segundo orden.

Contenido del Libro Texto de Hambley

Captulo 5: Anlisis Sinusoidal en Estado Continuo.

Anlisis AC (fasores) de circuitos sencillos con resistencias, capacitores e inductores.

Circuitos trifsicos.

Captulo 6: Respuesta en frecuencia, Diagrama de Bode y Resonancia.

Anlisis de Fourier aplicada a circuitos.

Funciones de Transferencia y filtos pase bajo, pase alto sencillos.

Conversin digital a analgica y conversin analgica a digital.

Captulo 7: Circuitos Lgicos.

Bloques lgicos esenciales: AND, OR, INVERT, NAND, NOR y XOR

Flip flops, latches, registros de desplazamientos y contadores.

Captulo 8: Microcomputadores.

Concepto de organizacin de un computador con programas almacenados.

ALU, Unidad de Control, Buses y Memoria.

Ejemplo de computador bsico: el Motorola 68HC11/12, caractersticas generales, estructura y organizacin bsica.

Captulo 9: Sistemas de Instrumentacin basados en computadoras.

Sensores, acondicionamiento de seal y conversin A/D y D/A.

Contenido del Libro Texto de Hambley

Captulo 10: Diodos

Estructura y caractersticas elctricas de diodos.

Anlisis grfico de lnea de carga de circuitos de diodos y resistencias.

Diodos zener y aplicaciones en reguladores de voltajes.

Anlisis de circuitos usando modelos simplificados para los diodos.

Circuitos rectificadores de media onda y de onda completa.

Circuitos cortadores y limitadores.

Anlisis lineal con modelos de pequea seal para diodos.

Captulo 11: Amplificadores: Especificaciones y caractersticas externas.

Caractersticas vistas desde sus terminales.

Etapas de amplificadores multietapas o en cascada.

Amplificadores AC y DC.

Captulo 12: Transistores de Efecto de Campo, (Field Effect Transistors, FET).

Estructura y ecuaciones de corrientes MOSFETs

Anlisis de lneas de carga de circuitos simples con MOSFETs y resistencias.

Diseo y operacin de circuitos lgicos con transistores NMOS y CMOS.

Operacin en pequea seal y anlisis de amplificadores.

Generalidades sobre memorias DRAM, SRAM y Flash.

Captulo 13: Transistores de Unin Bipolar (Bipolar Junction Transistor, BJT)

Estructura y ecuaciones de funcionamiento.

Simple amplifier or inverter circuit using load line analysis

Emitter followers

Captulo 14: Amplificadores Operacionales.

Amplificador operacional ideal y limitaciones prcticas.

Instrumentacin basada en amplificadores operacionales.

Filtros activos.

Captulo 15: Circuitos Magnticos y Transformadores.Magnetic Circuits and Transformers

Bases de circuitos y campos magnticos.

Transformadores.

Captulo 16: Mquinas DC.

Visin general de motores AC y DC.

Principios y anlisis de motores y generadores DC.

Captulo 17: Mquinas AC.

Motores de induccin trifsico.

Motores sncronos, motores de fase sencilla y motores de paso.

Contenido del Libro Texto de Rizzoni

Captulo 1: Introduccin a la Ingeniera Elctrica. Captulo 2: Fundamentos de los Circuitos Elctricos. Captulo 3: Anlisis de Circuitos Resistivos. Captulo 4: Anlisis de Redes de Corriente Alterna. Captulo 5: Anlisis Transitorio. Captulo 6: Respuesta en Frecuencia y Anlisis de Sistemas. Captulo 7: Potencia de Corriente Alterna. Captulo 8: Semiconductores y Diodos. Captulo 9: Fundamentos de Transistores. Captulo 10: Amplificadores e interruptores con transistores. Captulo 11: Electrnica de Potencia. Captulo 12: Amplificadores Operacionales. Captulo 13: Circuitos Lgicos Digitales. Captulo 14: Sistemas Digitales. Captulo 15: Instrumentacin electrnica y mediciones. Captulo 16: Principios de Electromecnica. Captulo 17: Introduccin a las Mquinas Elctricas. Captulo 18: Mquinas Elctricas de uso especial. Captulo 19: Introduccin a los Sistemas de Comunicaciones.

Avances en Tecnologa de Circuitos Integrados

Ley de Moore: # de transistores/chip se duplica cada 1.5-2 aos. Se logra a travs de miniturizacin.

Desarrollo Tecnolgico

Inversin Mejor Rendimiento/Costo

Crece Mercado

El Primer Transistor (1948)

El Primer Circuito Integrado

Generacin:

Intel386 DXProcessor

Intel486 DXProcessor

Pentium

Processor

Pentium II Processor

1.5 1.0 0.8 0.6 0.35 0.25

Beneficios del Escalamiento de Transistores.

rea mas pequea del chip menos costo

mas funciones en chip mejor comportamiento del sistema

Captulo 1. Introduccin

1. Presentar las interelaciones de la ingenieraelctrica con otros campos de ciencia e ingeniera.

2. Conocer los subdivisiones de la ingenieraelctrica.

3. Razones para estudiar ingeniera elctrica.

Parte 1 Circuitos

4. Definir corriente, voltaje y potencia, incluyendo sus unidades.

5. Calcular potencia y energa, y determinar sila energa es suministrada o absorbida por un elemento circuital.

6. Exponer y aplicar leyes bsicas de circuitos.

7. Resolver por corrientes, voltajes y potencias en circuitos sencillos.

1.1 Los sistemas elctricos tienen dos objetivos principales:

Recolectar, almacenar, procesar, transportar y presentarinformacin.

Distribuir y convertir energa de una forma a otra.

Subdivisiones en Ingeniera Elctrica

Sistemas de Communicaciones

Sistemas de Computadoras Sistemas de Control Electromagnetismo Instrumentacin

Electrnica Fotnica Sistemas de Potencia Procesamiento de seal. Sensores.

Robtica y Sistemas Inteligentes los incluimos en Sistemas de Computadoras.

Porqu estudiar cursos de IngenieraElctrica?

Para poder graduarse de Ingeniero Mecnico.

Para liderizar proyectos en sus campos de trabajo.

Para estar en capacidad de operar y mantenersistemas elctricos.

Para poder comunicarse con sus colegaselectricistas y electrnicos.

Corresponde

Formas de Escribir Nmeros

Forma general 12.300

Potencias de diez 104

Notacin cientfica 1,23 x 105

Notacin de ingeniera 12,3 x 103

Forma General

12.300

12.300,456

0,00567 en nmeros netamente fraccionarios se escribe un 0 a la izquierda de la coma.

Potencias de 10 0,0001 10-4

0,001 10-3

0,01 10-2

0,1 10-1

1 100

10 101

100 102

1.000 103

10.000 104

Potencias de 10

12.300 = 12.300 x 100

= 1.230 x 101

= 123 x 102

= 12,3 x 103

= 1,23 x 104

= 123.000 x 10-1

= 1.230.000 x 10-2

Notacin Cientfica

Forma d,ddd x 10n

un solo dgito significativo a la izquierda de la coma.12.300 = 1,23 x 104

0,00456 = 4,56 x 10-3

A veces se sustituye el 10n por En en1,23 x 104 = 1,23E4 1,23e4E e no debe confundirse con el nmero e

Notacin de Ingeniera

Forma nmero x 10n n es un mltiplo de 3

nmero tiene entre una y tres cifras

significativas.

12.300.000 = 12,3 x 106

0,0456 = 45,6 x 10-3

Prefijos en unidadesMltiplos y submltiplos.

1.2 Corriente Elctrica

Corriente elctrica se define como la tasa de cambio con respecto altiempo de la carga que pasa a travs de un rea determinada. Tambinla podemos definir como la cantidad de carga por unidad de tiempo quepasa a travs de la seccin de un conductor. Se simboliza por I i.Las unidades son amperios (A), que es equivalente a culombios porsegundo, (C/s).

I = carga/tiempo = Q/t

Corriente Elctrica

+=

=

t

t

tqdttitq

dt

tdqti

0

)()()(

)()(

0

Flujo de Corriente Elctrica

Movimiento neto de carga

Direcin de Referencia

Corriente DirectaCorriente Alterna

Cuando una corriente es constante, no cambia, con el tiempo, tenemos una corriente directa o continua, abreviada comocd dc. Cuando unacorriente cambia continuamente con el tiempo, cambiando peridicamente de direccin, la llamamos corriente alterna, abreviada comoca ac.

.

Notacin de subndice doble para Corriente

Voltaje

Se debe hacer un trabajo o suministro de energa, para quela carga se mueva entre dos puntos en un circuito. El trabajototal por unidad de carga asociado con el movimiento de lacarga entre dos puntos se llama voltaje. Tambin podemosdecir que el voltaje asociado con un elemento de circuito esla energa transferida por unidad de carga que fluye a travsdel elemento. La unidad del voltaje es el voltio (V), que esequivalente a julios por culombio (J/C).

POTENCIA Y ENERGA

=

=2

1

)(

)()()(t

t

dttpw

titvtp

LEY DE CORRIENTE DE KIRCHHOFF

Es un hecho que la carga no se puede crear o destruir, sino que se conserva.

Un nodo es la unin de dos o mas elementos circuitales.

La corriente neta que entraa un nodo es cero.

De una forma alternativa, la suma de las corrientes queentran a un nodo es igual a la suma de las corrientesque salen del nodo.

10n

N

ni

==

LEY DE VOLTAJE DE KIRCHHOFF

La suma algebraica de los voltajes en un lazo

cerrado ( malla) en un circuito elctrico es

igual a cero.

1

0nN

n

v=

=

Resistencias y Ley de Ohm

Riv

iRv

abab ==

a

b

Conductancia

GviR

G

=

= 1

Resistancia Relacionada a Parmetros Fsicos.

A

LR

=

Uso de KVL, KCL, y Ley de Ohm para resolver un Circuito

A 3 5

V 15 =

=yi

yxx iii =+ 5.0

A 2=xi

V 2010 == xx iv

15+= xs vV

V 35=sV