Comprender y dominar las técnicas de análisis de circuitos es muy importante para cualquier profesional en el campo de la electrotecnia. Con la teoría, el profesional puede resolver problemas prácticos de manera muy rápida y fácil.
El propósito del análisis de circuitos es comprender el paso de corriente a través de un circuito eléctrico. Para eso, es necesario dominar varias leyes de la electricidad y saber cómo trabajar con diferentes cantidades eléctricas. Utilizará la Ley de Ohm para relacionar voltaje, corriente y resistencia, la Ley de Kirchhoff para simplificar varias resistencias conectadas entre sí, o incluso condensadores e inductores, utilizando números complejos. Para circuitos más complejos, puede usar métodos como el Análisis Nodal y el Análisis de Malla para simplificar el circuito. Además, si desea probar diferentes cargas en un circuito desde una fuente, puede usar los equivalentes Norton y Thévenin.
Indice
Las 3 leyes esenciales para el análisis de circuitos
Sin dominar estas leyes no llegarás muy lejos. Las 3 leyes son:
- Ley de Ohm – La ley relaciona voltaje, corriente y resistencia de la siguiente manera:
V = R * I
Dónde:
V: Voltaje, medido en Voltios
R: Resistencia, medida en Ohmios
yo: Corriente, medida en Amperios
- Ley de las corrientes de Kirchhoff: La suma de las corrientes que entran en un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen de un nodo
- Ley de tensiones de Kirchhoff: La suma de las tensiones en una malla es igual a cero
Diferencia entre nudo y malla
Cantidades eléctricas en análisis de circuitos
Las cantidades eléctricas más comunes utilizadas son:
- Tensión, medido en Voltios (Voltio = Joule / Coulomb)
- Cadena, medido en Amperios (Amperio = Coulomb / Segundo)
- Potencia, medido en Vatios (Watt = Joule / Segundo)
- Resistencia, medido en Ohmios (Ohm = Voltio / Amperio)
- Capacidad, medido en Faradios (Farad = Coulomb / Volt)
- Inductancia, medido en Henries (Henry = Voltio * Segundo / Amperio)
Asociación de resistencias
Para simplificar varias resistencias conectadas entre sí, utilizamos la asociación de resistencia.
- Conexión en serie: cuando las resistencias están en serie, la resistencia equivalente es igual a la suma de las resistencias.
- Coneccion paralela: cuando las resistencias están en paralelo, la inversa de la resistencia equivalente es igual a la suma de la inversa de las resistencias.
Impedancia de condensadores e inductores – Números complejos
Podemos usar la misma ley de asociación de resistencia para condensadores e inductores, usando el impedancia eléctrica.
Dónde:
- Z = Impedancia, medida en Ohmios
- ω = Frecuencia del circuito, medida en Hertz
- C = Capacitancia, medida en Faradios
- yo = Inductancia, medida en Enrique
- j = Número complejo
Tenga en cuenta que 1 / j = -j, esto ayudará en los cálculos.
Métodos de análisis de circuitos
Cuando trabaje con circuitos con muchos bucles, nodos, fuentes y componentes, puede usar algunos métodos para simplificar enormemente el análisis. Con estas técnicas, puede descubrir el voltaje y la corriente en cualquier punto del circuito.
- Análisis nodal: Utiliza el Ley actual de Kirchhoff para encontrar los voltajes en cada nodo en el circuito desde los nodos. El método consiste en asignar una variable a cada nodo cuyo voltaje es desconocido, y uno de los nodos en el circuito donde el voltaje es cero se selecciona como tierra. Para cada nodo, se establecerá una ecuación, de acuerdo con la Ley de Corriente de Kirchhoff, de modo que la suma de todas las corrientes que ingresen al nodo sea igual a la suma de todas las corrientes que salen del nodo. Entonces, juntando todas las ecuaciones de los nodos, tenemos un sistema lineal, y su solución dará el estrés en cada nodo.
- Análisis de malla: Utiliza el Ley de tensiones de Kirchhoff para encontrar las corrientes en cada bucle del circuito desde los bucles. Primero, debe enumerar cada bucle en el circuito y asignar un sentido a las corrientes de bucle. El siguiente paso es construir una ecuación para cada malla. Para esto, se suman los voltajes de todos los componentes de la red, y cuando hay una red adyacente, la corriente de la red que se calcula es positiva y la de la red adyacente es negativa (esto puede cambiar según la dirección que fue asignado a las cadenas). Al final, tenemos una ecuación para cada bucle, formando un sistema lineal, cuya solución dará como resultado las corrientes de bucle del circuito.
- Cubrir: Cuando tiene fuentes de corriente y fuentes de voltaje en el mismo circuito, puede calcular los dos escenarios por separado y luego agregar los dos, primero solo con la fuente de voltaje y luego solo con la fuente de corriente. Para hacer esto, reemplace la fuente de corriente con un circuito abierto, calcule y luego reemplace la fuente de voltaje con un cortocircuito. La suma de estos dos escenarios será el resultado final.
- Norton y Thévenin equivalentes: Según Thevénin, cualquier circuito lineal visto desde un punto dado puede ser representado por una fuente de voltaje en serie con una impedancia. Norton dice que un conjunto de fuentes de voltaje, corriente y resistencia con dos terminales es eléctricamente equivalente a una fuente de corriente en paralelo con una resistencia.
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