Circuitos de CC | 5+ métodos de análisis importantes

Circuitos DC

Credito de imagen - "bombilla "(CC BY 2.0) por keith ellwood

Puntos de discusión : Circuitos DC

  1. Introducción a los circuitos de CC
  2. Leyes de Kirchhoff
  3. Ley de la corriente de Kirchhoff (KCL)
  4. Ley de voltaje de Kirchhoff (KVL)
  5. Método de voltaje de nodo
  6. Método de corriente de malla
  7. Método de corriente de bucle
  8. Algunas preguntas importantes relacionadas con los circuitos de CC

Introducción a los circuitos de CC

DC significa corriente continua. Si la fase de la fuente de energía no cambia con el tiempo, el circuito se denominará Circuitos de CC. Las fuentes de energía primaria para los circuitos de CC son baterías o proveedores de energía constante similares. Tienen un rango de 5 voltios a 24 voltios. Al ver el símbolo de energía de un circuito, se puede entender si es un circuito de CA o un circuito de CC. Los símbolos se dan a continuación.

Leyes de Kirchhoff

Gustav Robert Kirchhoff fue un eminente físico de origen alemán. Su investigación relacionada con los circuitos eléctricos nos dio dos principios básicos pero las leyes más críticas para el análisis de circuitos. Estas leyes se conocen típicamente como leyes de Kirchhoff. Había elaborado leyes tanto para la corriente como para el voltaje. Se les conoce popularmente como - Ley de corriente de Kirchhoff y Ley de voltaje de Kirchhoff. Estas leyes son reglas fundamentales para el análisis de circuitos de CC.

Antes de estudiar las leyes de Kirchhoff, se deben tener las propiedades básicas del circuito de nodos, uniones, bucles, mallas, ramas, etc. A continuación se dan algunas definiciones; Consulte el artículo sobre análisis de circuitos para obtener más terminologías primarias.

  • Nodo / Uniones: El nodo o unión en un circuito se conoce como el punto de conexión de dos o más componentes.
  • Lazo: Un bucle en un circuito se define como una ruta cerrada que comienza en un nodo específico, viaja a través de cualquier parte del circuito y termina en ese punto específico. Hay que recordar que el camino puede recorrer cualquier parte del circuito solo por una vez. Un bucle puede incluir o superponerse con cualquier otro bucle del circuito.
  • Malla: Se puede decir que la malla es el bucle más pequeño posible en un circuito que no tiene superposición y no incluye ningún otro bucle dentro de él.
  • La ley actual de Kirchhoff a menudo se interpreta como la primera ley de la ley de Kirchhoff o de la unión de Kirchhoff. Se ocupa de las ecuaciones actuales de un nodo o unión.
  • La ley de voltaje de Kirchhoff a menudo se interpreta como la segunda ley de Kirchhoff o la ley de bucle de Kirchhoff. Se ocupa de las ecuaciones de voltaje de un bucle.

Ley de la corriente de Kirchhoff (KCL)

"La ley de la corriente de Kirchhoff establece que la suma de la corriente entrante a un nodo es igual a la suma de la corriente saliente del nodo".

Matemáticamente se puede establecer como la siguiente ecuación.

Yoin = ∑ yosalir

Circuitos DC, KCL
Circuitos CC, imagen - 1

De la imagen de arriba podemos observar que las corrientes que1 y yo4 están entrando al nodo mientras yo2 y yo3 son corrientes salientes. Entonces, podemos escribir de acuerdo con la ley actual de Kirchhoff que:

I1 + I4 Yo os2 + I3

O yo1 + I4 - Yo2 - Yo3 = 0

Verificación de conceptos: ¿Cuál será el valor actual para la rama I5? Siempre que yo1= 2 mA, yo2= 1 mA, yo3= 4 mA, yo4= 1 mA y yo6= 2 mA.

Circuitos DC, KCL
Circuitos CC, imagen - 2

Solución: Para resolver este tipo de problema de circuitos de CC, primero averigüe el nodo deseado. Luego, separe los componentes actuales entrantes y salientes. Luego aplique la ley actual de Kirchhoff y descubra la solución.

Las corrientes entrantes son yo1, Me3, Me4.

Las corrientes salientes soy yo2, Me5, Me6.

El componente que falta soy yo5, que es saliente.

Ahora, de KCL, sabemos que –∑Iin = ∑ yosalir

Entonces, podemos escribir -

I1 + I3 + I4 Yo os2 + I5 + I6

O yo5 Yo os1 + I3 + I4 - Yo2 - Yo6

O yo5 = 2 mA + 4 mA + 1 mA - 1 mA - 2 mA

O yo5 = 4 mA

Ley de voltaje de Kirchhoff (KVL)

La ley del voltaje de Kirchhoff establece que el voltaje alrededor de un bucle del circuito es igual a cero, y la suma algebraica de la caída de voltaje en cada rama de ese bucle también es igual a cero.

Matemáticamente se puede establecer como la siguiente ecuación.

Vn = 0

Vn representa el voltaje alrededor de n elementos o rama del bucle.

Circuitos de CC, KVL
Circuitos DC,
Credito de imagen - KwinkunksLey de voltaje de KirchhoffCC BY-SA 3.0

De la imagen de arriba, podemos escribir eso,

VAB + VBC + VCD + VDA = 0

La ley de voltaje de Kirchhoff tiene pocas características. Algunos de ellos son -

  • Al analizar un circuito, si comienza su ruta con un nodo, no incluye ningún otro bucle en su ruta y finaliza su ruta en el mismo nodo, entonces la suma del voltaje a través de esa ruta será cero.
  • El camino puede ser en cualquier dirección; la trayectoria en sentido horario o antihorario no afecta la ley de voltaje de Kirchhoff.
  • Un circuito complejo típico puede tener muchos bucles. KVL es válido para todos y cada uno de los posibles bucles del circuito.

Método de voltaje de nodo

El método de voltaje de nodo es otro método útil para el análisis del circuito de CC. Se deriva de la ley actual de Kirchhoff. SPICE: un software de simulación contiene este método. En realidad, este método es más cómodo de implementar y analizar todo el circuito. Usar el método nos ayuda a deshacernos de la ley de voltaje de Kirchhoff si queremos.

  • Voltaje de nodo: El voltaje de nodo es un concepto necesario para el método de voltaje de nodo. Esto se puede definir como la diferencia de potencial entre dos nodos.

Pasos a seguir: El método de voltaje del nodo se puede aplicar a los circuitos de CC siguiendo los pasos que se mencionan a continuación.

  • Seleccione un nodo de referencia. En la mayoría de los casos, se elige el nodo de tierra.
  • Nombra todos los demás nodos del circuito.
  • Empiece por los nodos, lo que parece sencillo. El nodo de fuente de energía (preferiblemente fuente de voltaje) conectado con el nodo de referencia sería más cómodo.
  • Ahora aplique la ley actual de Kirchhoff para cada nodo. Además, haga los cálculos de la ley de hm.
  • Descubra las soluciones para todos los voltajes de nodo.
  • Descubra cualquier corriente del circuito con la ayuda de la ley de Ohm.

Método de corriente de malla

El método de corriente de malla es otro método eficaz para el análisis de circuitos de CC. Se deriva de la Ley de voltaje de Kirchhoff, y de este método se deriva un nuevo método denominado "Método de corriente de bucle". Tiene una ventaja adicional sobre otros métodos de análisis de circuitos, ya que no requiere resolver un número 2E de ecuaciones de circuito (E representa el número de elementos del circuito). El estudio de este método requiere un nivel adecuado de comprensión del concepto de bucles y mallas.

  • Corriente de bucle: la corriente de bucle es un concepto necesario para este método. Se define como la corriente a través de cualquier lazo o malla del circuito.
  • Principio de superposición: la superposición significa adición general. Aquí, el principio de superposición establece que las corrientes de bucle se pueden sumar para obtener el elemento de corriente real.
  • Linealidad: las características de linealidad ayudan a utilizar el principio de superposición. La linealidad es multiplicar el voltaje por una constante y obtener la corriente como constante el producto multiplicado.

Pasos a seguir: El método de corriente de malla se puede aplicar siguiendo los pasos que se mencionan a continuación.

  • Marque las mallas (conocidas como ventanas abiertas del circuito).
  • Elija una dirección de corriente constante específica (ya sea en sentido horario o antihorario), que se aplicarán para cada malla. Además, proporcione las variables actuales a cada malla.
  • Aplique la ley de voltaje de Kirchhoff para cada malla y escriba las ecuaciones.
  • Calcule el sistema resultante para todas las ecuaciones de malla.
  • Usando la ley de Ohm, averigüe los componentes de voltaje y corriente deseados.

Método de corriente de bucle

Podemos decir que el método Loop current es una versión actualizada del método Mesh Current. Este método es popular y útil para circuitos no planos.

Pasos a seguir: El método de corriente de bucle se puede utilizar para analizar circuitos de CC mediante los pasos que se mencionan a continuación.

  • Marque las mallas (conocida como ventana abierta del circuito). Además, identifique los bucles.
  • Elija una dirección de corriente constante específica (ya sea en sentido horario o antihorario), que se aplicarán para cada malla. Además, proporcione variables actuales para cada malla o los bucles.
  • Calcule el sistema resultante para todas las ecuaciones de corriente de malla y bucle.
  • Usando la ley de Ohm, averigüe el voltaje y el componente de corriente deseados.  

Algunas preguntas importantes relacionadas con los circuitos de CC

1. ¿Cuál es la idea principal detrás de la ley actual de Kirchhoff?

Respuesta TLa idea principal detrás de la ley actual de Kirchhoff es la teoría de que las cargas no se pueden acumular en un punto.

2. Escribe algunas limitaciones de las leyes de Kirchhoff.

Respuesta Ambas leyes de Kirchhoff tienen algunas limitaciones. Se enumeran a continuación.

  • La ley de la corriente de Kirchhoff parte del supuesto de que los conductores y los cables son los únicos medios para el flujo de corriente. En realidad, en circuitos de alta frecuencia, podemos observar el flujo de corriente en circuitos abiertos ya que los conductores estándar funcionan como líneas de transmisión.
KCL se viola en líneas de transmisión, circuitos de CC, imagen - 4 Crédito de imagen - Sbyrnes321Animación de la línea de transmisión3CC0 1.0
  • La ley del voltaje de Kirchhoff parte de la suposición de que cada circuito cerrado del circuito estará libre del efecto del campo magnético, más específicamente, del campo magnético fluctuante. Pero, en los circuitos de alta frecuencia, esta condición no se satisface.

3. El análisis nodal se basa en la ley de conservación de energía: establezca si la oración dada es verdadera o falsa.

Respuesta Falso. El análisis nodal se basa en la ley actual de Kirchhoff, y también la primera ley de Kirchhoff apoya la conservación de cargas, no de energía.

4. ¿Cuál es el efecto sobre la corriente del circuito si las fuentes de energía están conectadas en paralelo?

Respuesta Se aumenta la corriente de todo el circuito.

Sobre Sudipta Roy

Soy un entusiasta de la electrónica y actualmente me dedico al campo de la Electrónica y las Comunicaciones.
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