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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
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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
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CIRCUITOS ELÉCTRICOS
PRÁCTICAS DE LABORATORIO
OBJETIVO GENERAL
Manipular
los
equipos
e
instrumentos
de
laboratorio
empleados en el curso: Multímetro digital, fuente regulada
1. Equipos de laboratorio (2 horas)
generador de señales, osciloscopio y protoboard.
Simular
circuitos
herramientas
2. Simulación de circuitos (2 horas)
eléctricos
computacionales
básicos
por
apropiadas:
medio
de
ORCAD
o
PROTEUS.
Resolver circuitos eléctricos resistivos mediante la aplicación
3. Circuitos resistivos, equivalente Thevenin y teorema de
de sus leyes fundamentales empleando diversas técnicas de
superposición (2 horas)
análisis.
Simular la respuesta de los sistemas de primer y segundo
4. Circuitos de primer orden y segundo orden-
orden de acuerdo a los componentes empleados en cada
Simulación- (2 horas)
circuito.
Clasificar respuesta de los sistemas de primer y segundo
5. Circuitos de primer orden y segundo orden- Montaje
orden de acuerdo a los componentes empleados en cada
físico- (2 horas)
circuito.
Solucionar circuitos eléctricos empleando Matlab®.
6. Análisis de circuitos con Matlab (2 horas)
Diseñar filtros pasivos básicos e interpretar su respuesta en
7. Filtros pasivos y respuesta en frecuencia (2 horas)
frecuencia.
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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%)
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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).
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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
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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:
D. Diseño de circuitos:
Técnicas matemáticas de pronóstico.
Buscar modelos y componentes para cumplir
con una función dada.
E. Prototipo físico: Materialización de la solución.
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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)
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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.
+
v
-
i
1
2
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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”.
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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
o también:
p= potencia en Watts (W)
w= energía en Joules (J)
t = tiempo en segundos (s)
p = dw/dt = (dw/dq) (dq/dt) = v* i
p= v* i. 1.4
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1.2 DEFINICIONES BÁSICAS
Convención para la potencia:
i
+
v
-
i
+
v
-
1
2
1
2
p = -v*i
entrega
p = v*i
consume
i
v
+
1
2
p = -v*i
entrega
v
+
i
1
2
p = v*i
consume
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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
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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
+
_
Vs
Is
Fuente ideal
de corriente
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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.
+
_
Vs
Is
Fuentes
independientes
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1.3 ELEMENTOS DE CIRCUITOS
•Fuentes dependientes: Son las que su valor de voltaje o corriente
depende de otros parámetros del circuito.
Vs = Vx
+
-
Vs = Ix
+
-
Is = Vx
Fuentes dependientes
de voltaje
Is = Ix
Fuentes dependientes
de corriente
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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.
Resistor
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 ().
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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 ()
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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
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1.4 LEYES DE KIRCHHOOFF
A. NODO: Punto donde se conectan dos o más elementos de un
circuito.
i2
i4
A
+
-
B
R2
VR2
-
+ VR4
R1
i1
R4
V1
VR1
-
C
-
R5
i5
VR5
+
+
R3
D
-
VR3
+
E
F
i3
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1.4 LEYES DE KIRCHHOOFF
B. LEY DE KIRCHFOFF DE CORRIENTES: “ La suma
algebraica de corrientes en cualquier nodo de un circuito es
cero”
i7
R6
R7
A
i8
R8
i6
i9
R10
R9
i10
  i (nodo A)= 0
 ientran =  isalen   ientran -  isalen =0 1.8
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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.
i2
i4
A
+
-
B
R2
VR2
-
+ VR4
R1
i1
V1
VR1
C
R4
-
R5
i5
VR5
+
+
R3
D
-
VR3
+
E
F
i3
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1.4 LEYES DE KIRCHHOOFF
D. LEY DE KIRCHHOFF DE VOLTAJES: “La suma
algebraica de voltajes en cualquier lazo de un circuito es cero”
R1
+ 30
50 V
R3
V
-
+
+ VR3 - +
10 V
R2
VR2
-
R5
-
12 V
R4
-
+
  vlazo =0
 velevaciones =  vcaidas   velevaciones -  vcaidas =0 1.9
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