Crédito de la imagen de portada - Santeri Viinamäki, Disyuntores MCB para carril DIN, CC BY-SA 4.0
Puntos de discusión: análisis de circuitos
- Introducción al análisis de circuitos
- Elementos del circuito ideal
- Elementos de circuito realistas
- Fuentes de energía ideales
- Fuentes de energía del mundo real
- Terminologías importantes relacionadas con el análisis de circuitos
Introducción al análisis de circuitos
El análisis de circuitos es uno de los módulos principales y esenciales para la ingeniería eléctrica y electrónica. Antes de explorar los conceptos y teorías del análisis de circuitos, háganos saber qué es un circuito.
Un circuito se puede definir como un circuito cerrado o abierto que consta de componentes eléctricos y electrónicos y tiene interconexión entre ellos. El análisis de circuitos es el método para determinar el valor de corriente o voltaje necesario en cualquier punto del circuito mediante el estudio y análisis del circuito. Existen numerosos métodos diferentes para el análisis de circuitos y se utilizan según las condiciones adecuadas.
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Elementos de circuito ideales
Un circuito ideal se puede definir como un circuito sin pérdidas, de ahí la aparición de un 100% de potencia de entrada en el lado de salida. Un circuito ideal consta de tres elementos ideales. Son: resistencias, condensador, inductor.
- resistencias: Las resistencias son componentes eléctricos pasivos que se utilizan para resistir el flujo de electrones en un circuito. los voltaje a través de la resistencia se expresa mediante una famosa ley, conocida como ley de Ohm. Se afirma que "Los voltajes son directamente proporcionales a las corrientes". Si V e I denotamos respectivamente el valor de voltaje y la corriente, entonces
V ∝ yo
O, V = IR
Aquí R representa el resistencia o valor de la resistencia. La unidad está dada por ohmios (Ω). La siguiente imagen
representa la resistencia -
La siguiente expresión matemática da la potencia almacenada por una resistencia.
P = VI
O, P = (IR) I
O, P = I2R
O, P = V2 R
- Condensador: Un capacitor típico es un equipo eléctrico pasivo que almacena energía eléctrica dentro de un campo eléctrico. Es un dispositivo de dos terminales. La capacitancia se conoce como el efecto del capacitor. La capacitancia tiene una unidad - Farad (F). Él condensador está representado en el circuito por la siguiente imagen.
La relación entre cargas y capacitancia viene dada por Q = VC, donde C es el valor de capacitancia, Q es la carga, V es el voltaje aplicado.
La relación actual se puede derivar de la ecuación anterior. Diferenciamos ambos lados con respecto al tiempo.
dQ / dt = C dV / dt; C es un valor constante
O, I = C dV / dt; como I = dQ / dt.
La energía almacenada en un condensador puede describirse como
P = VI
O, P = VC dV / dt
Ahora, la energía se da como U = ∫ p dt
O, U = ∫ VC (dV / dt) dt
O, U = C ∫ V dV
Si asumimos que el capacitor se descargó al comienzo del circuito, entonces la potencia viene como U = ½CV2.
- Inductor: El inductor es otro dispositivo pasivo presente en un circuito ideal. Mantiene energías en un campo magnético. Henry (H) da la unidad de inductancia. La relación entre voltaje e inductancia se da a continuación.
V = L dI / dt
Las energías reservadas se devuelven a los circuitos en su forma actual. La siguiente imagen representa el inductor en el circuito.
La potencia de un inductor se da como P = VI.
O, P = I * L (dI / dt)
Nuevamente, la energía U = ∫ p dt
O, U = ∫ I * L (dI / dt) dt
O, U = L ∫ I dI
La energía viene como U = ½ LI2.
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Elementos de circuito realistas
Los componentes de circuito ideales son para circuitos ideales. No son aplicables en circuitos reales. Sin embargo, las características principales siguen siendo las mismas para los elementos. Los elementos sufren alguna pérdida, tienen algunos valores de tolerancia y algunas abstracciones durante su uso.
Los principios de trabajo y las ecuaciones se modifican en dominios reales. Además, se agregan algunos otros factores durante las operaciones. Por ejemplo, los condensadores funcionan de manera diferente en dominios de alta frecuencia; las resistencias generan un campo magnético durante las operaciones.
- Resistencias: Las resistencias del mundo real deben obedecer la ley de Ohm lo más cerca posible. La resistencia que ofrece una resistencia depende del material y la forma de la resistencia.
Una resistencia real puede destruirse o quemarse debido al calor generado por sí misma. Hay un cierto nivel de tolerancia mencionado para cada resistencia a través de los códigos de color.
- condensadores: Los capacitores realistas deben estar hechos para obedecer la ecuación del capacitor lo más cerca posible. Se necesitan dos superficies conductoras para construir un condensador. Se colocan juntos y se llena aire o cualquier material entre ellos. El valor del condensador depende del área de la superficie del conductor y la distancia entre ellos y de la permitividad del material interior. Hay varias categorías de condensadores en el mercado. Algunos de ellos son - Condensadores electrolíticos, Condensadores de tantalio, etc.
Los condensadores están conectados con cables en sus terminales. Eso provoca resistencia y una pequeña cantidad de impedancia. Un aumento de voltaje en los condensadores a veces daña los materiales aislantes entre las placas.
- Inductores Los inductores realistas o del mundo real deben estar hechos para obedecer la ecuación del inductor lo más cerca posible. Los inductores son estranguladores de bobinas. Inducen campos magnéticos para almacenar energías eléctricas.
Los inductores se fabrican utilizando cables de bobinado en una estructura similar a una bobina: cuanto más bobinado, más fuerte es el campo magnético. Colocar un material magnético dentro de la bobina aumentaría el efecto magnético. Ahora bien, como estos cables se enrollan alrededor del material, esto provoca la generación de resistencia. Además, debe ser lo suficientemente grande para acumular el campo magnético. Eso a veces causa problemas.
Fuentes de energía ideales
Un circuito ideal necesita una fuente de energía ideal. Hay dos tipos de fuentes de energía ideales. Son: fuente de voltaje ideal y fuente de corriente ideal.
Fuente de voltaje ideal: las fuentes de voltaje ideales suministran una cantidad constante de voltaje para cada instante de tiempo. El voltaje es constante en toda la fuente. En realidad, no existe una fuente ideal de circuitos. Es una suposición para simplificar el análisis del circuito. La siguiente imagen representa una fuente de voltaje ideal.
Fuente de corriente ideal: las fuentes de corriente ideal suministran corrientes independientes de la variación de voltaje en el circuito. Una fuente de corriente ideal es una aproximación que no ocurre en la realidad pero que se puede lograr. La siguiente imagen representa la fuente de corriente ideal en un circuito.
Fuentes de energía reales para circuitos
Los circuitos eléctricos o electrónicos reales necesitan fuentes naturales de energía. Existen algunas diferencias entre las fuentes de energía ideales y las del mundo real, aunque el principio principal de suministrar energía al circuito sigue siendo el mismo. Las fuentes de energía del mundo real tienen varios tipos. Algunos incluso dependen de otras fuentes. Como: fuente de corriente controlada por voltaje, fuente de corriente controlada por corriente, etc. Los discutiremos brevemente en este artículo de análisis de circuitos.
- Fuentes de voltaje: Las fuentes de voltaje reales presentan una resistencia interna, que se considera que está en serie con la fuente de voltaje. No importa cuán insignificante sea la resistencia, afecta la característica VI del circuito. La fuente de voltaje puede ser de dos tipos:
- Fuente de voltaje independiente
- Fuente de voltaje dependiente
Fuentes de voltaje independientes: Estas fuentes de voltaje no dependen de ninguna otra fuente de energía del circuito. Proporciona una pequeña resistencia, que cambia la gráfica característica del VI.
Fuentes de voltaje dependientes: Estas fuentes de voltaje dependen de cualquier otra fuente de energía presente en los circuitos. Se pueden clasificar en dos categorías
- Fuente de voltaje controlada por voltaje
- Fuente de voltaje controlado por corriente.
- Fuente de voltaje controlado por voltaje: Si cualquier otra fuente de voltaje está controlada por cualquier tipo de fuente de voltaje, se conoce como fuente de voltaje controlada por voltaje. V0 = AVc da salida de voltaje; Aquí, A representa la ganancia y Vc es el voltaje de control.
- Fuente de voltaje controlado por corriente: Si cualquier otra fuente de voltaje está controlada por una fuente de corriente diferente en el circuito, se conoce como fuente de corriente controlada por corriente. V0 = AIc da la salida; Aquí, A representa la ganancia e Ic controla la corriente.
- Fuentes actuales: Las fuentes de corriente reales presentan resistencia interna. La resistencia puede ser insignificante pero tiene su efecto en todo el circuito. La fuente actual puede ser de dos tipos.
- Fuente dependiente
- Fuente independiente
Fuente independiente: Estas fuentes de corriente no dependen de ninguna otra fuente de energía del circuito. Proporciona una pequeña resistencia, que cambia la gráfica característica del VI.
Fuentes de corriente dependientes: Estas fuentes de corriente dependen de cualquier otra fuente de energía presente en los circuitos. Se pueden clasificar en dos categorías
- Fuente de corriente controlada actual
- Fuente de corriente controlada por voltaje.
- Fuente de corriente controlada actual: Si cualquier otra fuente de corriente controla cualquier fuente de corriente, entonces se conoce como fuente de corriente controlada por corriente. I0 = AIc da la salida; Aquí, A representa la ganancia e Ic es la corriente de control.
- Fuente de corriente controlada por voltaje: Si cualquier fuente de corriente está controlada por cualquier otra fuente de corriente en el circuito, se conoce como fuente de corriente controlada por voltaje. I0 = AVc da la salida; Aquí, A representa la ganancia y Vc controla el voltaje.
Terminologías importantes relacionadas con el análisis de circuitos
El análisis de circuitos es un campo vasto que incluye años de investigaciones por parte de científicos e inventores. Ha crecido con muchas teorías y terminologías. Analicemos algunas de las primarias todavía. importante teoría de circuitos terminologías, que serán requeridas a lo largo de las secciones.
- Elementos / Componentes: Cualquier dispositivo eléctrico presente y conectado en el circuito se conoce como Elementos o componentes del circuito.
- Nodo / Unión: Los nodos son las uniones donde se conectan dos o más elementos.
- Nodo de referencia: Los nodos de referencia son nodos seleccionados arbitrariamente como punto de referencia para iniciar el cálculo y analizar el circuito.
- ramas: Las ramas son las partes del circuito que conecta los nodos. Una rama consta de un elemento como una resistencia, condensadores, etc. El número de ramas nos da la cantidad de elementos en el circuito.
- Lazo: Bucle: los bucles son caminos cerrados cuyo punto de inicio y punto final son los mismos.
- Malla: Las mallas son el bucle mínimo dentro de un circuito eléctrico sin ninguna superposición.
- Circuito: La palabra "circuito" se origina a partir de la palabra "Círculo". Un circuito típico se conoce como conjuntos interconectados de diferentes equipos eléctricos y electrónicos.
- Puerto: El puerto se conoce como los dos terminales donde fluye la misma corriente que el otro.
- Suelo: El suelo se considera uno de los nodos de referencia y tiene algunas características. Es una conexión física que se conecta a la superficie de la tierra. Es vital para la seguridad del circuito. La siguiente imagen representa la representación del suelo en un circuito.
Hola, soy Sudipta Roy. He realizado B. Tech en Electrónica. Soy un entusiasta de la electrónica y actualmente me dedico al campo de la Electrónica y las Comunicaciones. Tengo un gran interés en explorar tecnologías modernas como la IA y el aprendizaje automático. Mis escritos están dedicados a proporcionar datos precisos y actualizados a todos los estudiantes. Ayudar a alguien a adquirir conocimientos me produce un inmenso placer.
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