Material recopilado por Ing. Consuelo Pérez

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

POLITÉCNICA

“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”

VICERRECTORADO BARQUISIMETO

ELECTRÓNICA ANALOGICA

CODIGO EL1013

Unidad I: introducción a la electrónica analógica Contenido Generalidades sobre la Electrónica Analógica. Nomenclatura. Análisis de redes (superposición, leyes de kirchoff, fuentes controladas, redes bipuertas, teoremas de Thevenin y Norton). Conceptos básicos (valores RMS y promedio, factor de forma y factor de rizado, etc.). Uso de programas de simulación. Objetivos

1. Conocer los diferentes dispositivos electrónicos. 2. Analizar mallas eléctricas 3. Conocer los diversos programas de simulación electrónicos

GENERALIDADES SOBRE LA ELECTRÓNICA ANALÓGICA

Los componentes electrónicos

Los componentes electrónicos son los elementos básicos de los circuitos. Dentro de éstos, cada componente cumple una función específica dependiendo de su tipo y de la forma como esté conectado con los demás.

Clasificación de los componentes electrónicos

Todos los componentes electrónicos están clasificados en dos grandes grupos: componentes pasivos y componentes activos.

Los componentes pasivos son aquellos que no pueden contribuir con la ganancia de energía o amplificación para un circuito o sistema electrónico. No tienen acción de control y no necesitan ninguna otra entrada más que una señal para ejecutar su función. Las resistencias, los condensadores, las bobinas, los conectores, los interruptores y los conductores pertenecen a este grupo

Los componentes pasivos se dividen en: componentes pasivos lineales y componentes electromecánicos

Los componentes pasivos lineales, son llamados así porque se comportan linealmente con la corriente o el voltaje, es decir, si aumenta o disminuye el voltaje,

U

N

E

X

P

O

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la corriente también aumenta en la misma proporción y viceversa. A este grupo pertenecen las resistencias, los condensadores y las bobinas. En la figura 1 se ilustran estos componentes.

Figura 1

Los componentes electromecánicos, son componentes pasivos que ejecutan funciones eléctricas simples a partir de movimientos mecánicos externos o internos. A este grupo también pertenecen los dispositivos que tienen funciones de soporte mecánico y de interconexión eléctrica. Entre éstos están: los conductores, los interruptores y los circuitos impresos, entre otros. En la figura 2 se ilustran estos componentes.

Figura 2

Los componentes activos son aquellos que tienen la capacidad de controlar voltajes o corrientes y que pueden crear una acción de amplificación o de conmutación. Entre estos componentes están: los diodos, los transistores y los circuitos integrados, entre otros.

Los componentes activos se clasifican en: semiconductores, también llamados dispositivos de estado sólido y los Transductores.

Los Semiconductores, están basados en la propiedad que tienen ciertos materiales de comportarse como conductores o aislantes bajo determinadas condiciones o estímulos externos. Entre los más empleados están: los diodos, los transistores, los tiristores y los circuitos integrados. En la figura 3 se ilustran estos dispositivos.

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Figura 3

Los transductores son componentes activos que convierten señales eléctricas en otras formas de energía o viceversa y permiten que los sistemas electrónicos puedan interactuar con el mundo exterior. A este grupo pertenecen las pilas, las baterías, los micrófonos, los parlantes, las lámparas, los motores, entre otros. En la figura 4 se ilustran algunos de estos dispositivos.

Figura 4

Nomenclatura Los componentes electrónicos se representan mediante símbolos gráficos universales.

Símbolos de Componentes Pasivos

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Resistencia eléctrica / Resistor Sistema IEC + símbolos

Resistencia eléctrica / Resistor Sistema NEMA + símbolos

Bobina eléctrica / Inductor + símbolos

Condensador eléctrico / Capacitor + símbolos

Interruptor + símbolos

Conmutador + símbolos

Pulsador + símbolos

Conector macho Sistema IEC + símbolos

Fusible + símbolos

Conector hembra Sistema IEC + símbolos

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Línea eléctrica + símbolos

Conector macho Sistema NEMA + símbolos

Tierra + símbolos

Conector hembra Sistema NEMA + símbolos

Símbolos de Componentes Activos

Diodo

+ símbolos

Diac

+ símbolos

Tiristor

+ símbolos

Triac

+ símbolos

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Circuito

integrado / CI

/ Chip

+ símbolos

Amplificador

+ símbolos

Generador

eléctrico

+ símbolos

Pila eléctrica

+ símbolos

Transistor

+ símbolos

Válvula

electrónica

Ejemplo:

Diodo

+ símbolos

Amperímetro

+ símbolos

Voltimetro

+ símbolos

Ohmetro

+ símbolos

Frecuencímetro

+ símbolos

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Vatímetro

+ símbolos

Reloj eléctrico

+ símbolos

Antena

+ símbolos

Altavoz

+ símbolos

Micrófono

+ símbolos

Bombilla /

Lámpara

+ símbolos

Corriente

continua, CC

Corriente

directa, CD

+ símbolos

Corriente

alterna, CA

+ símbolos

Polaridad

positiva

+ símbolos

Polaridad

negativa

+ símbolos

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Cristal

piezoeléctrico

+ símbolos

Relé (Bobina e

interruptor)

+ símbolos

Transformador

eléctrico

+ símbolos

Motor eléctrico

+ símbolos

ANALISIS DE MALLA

Ejemplos

1. Obtenga las corrientes que circulan en las mallas del siguiente circuito utilizando el Teorema de Mallas (o análisis de mallas).

Solución

El circuito está conformado por un total de 4 mallas.

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El sentido de las corrientes se muestra a continuación

Siendo las ecuaciones de malla

42I1 -22I2 -10 I3 = 6

-22 I1 +42I2 = 0

I3 = -1

15I4 = 0

Resolviendo este sistema de ecuaciones se tiene:

I1 = -131,25 mA

I2 = -68,75 mA

I3 = - 1 A

I4 = 0

2. Analiza el circuito de la siguiente figura con el Teorema de

Superposición y obtén el valor de Vx.

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En el circuito hay una fuente de voltaje y una de corriente, así que éstas se

denotarán: F1 y F2 como se muestra a continuación:

Trabajando con la fuente 1: El circuito ilustra el procedimiento a seguir,

anulando la fuente 2.

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Las ecuaciones usando el Teorema de Mallas quedan de la siguiente manera:

I1 = -1

50I2 +30 -15I3 = 0

45I3 - 20I1 – 15 I2 =0

Vx = I3x10Ω

Resolviendo el Sistema de ecuaciones se tiene que I3 = - 716mA

Por lo tanto Vx = (-716mA)x(10Ω) = -7,16 V

Trabajando ahora con la fuente 2, se anula la fuente 1

Las ecuaciones obtenidas mediante el Teorema de Mallas son las siguientes:

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I1 = 0

50I2-15I3 = 0

45I3 – 15I2 +5 = 0

Resolviendo el sistema se tiene que I3 = -123,45 mA.

Por lo tanto Vx= (-123,45mA)x(10Ω) = -1.2345 V

Por último, se suman los valores obtenidos para obtener el valor final de Vx.

Vx = -7,16 V + (= -1.2345 V) = -8.39 V

Vx = -8,39 V

CONCEPTOS BÁSICOS

Parámetros de una señal de CA

Ciclo: Inversión completa de una corriente alterna, incluyendo un aumento a un máximo en una dirección, un retorno a cero, un aumento a un máximo en la otra dirección, y otro retorno a cero. Periodo: Tiempo que dura un ciclo. Se expresa en segundos Frecuencia: Número de ciclos que se producen en un segundo. Su unidad de medida es el Hertz (Hz)

VOLTAJES DE UNA SEÑAL DE CA

Voltaje Pico (Vp): Máximo valor positivo o negativo de una señal de CA. Voltaje pico a pico (Vpp): Cantidad de voltios medidos desde el pico negativo, hasta el pico positivo de la onda. Voltaje efectivo o RMS: Es el valor leído por la mayoría de los instrumentos de medida (voltímetros). Se calcula mediante la siguiente formula:

VRMS= 𝑉𝑝

√2

CALCULO DE LOS VOLTAJES Y CORRIENTES PROMEDIO Y EFECTIVOS El valor promedio de cualquier señal eléctrica, se obtiene sacando el área total bajo la curva en un ciclo y dividiéndolo entre su periodo. El área arriba del eje x, se considera positiva y el área debajo del mismo eje se considera negativa. Factor de rizado El rizado, algunas veces llamado fluctuación o ripple (del inglés), es el pequeño componente de corriente alterna que queda tras rectificarse una señal a corriente continua. Cálculo del valor de rizado El voltaje de rizado debe especificarse indicando la carga de la fuente con la que se ha realizado la medición, entendiendo por "carga" la cantidad de corriente que dicha Fuente debe suministrar al circuito conectado a ella. Factor de forma : Se define como factor de forma a la relación entre el valor eficaz y el valor medio.

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Factor de amplitud: Se define como factor de amplitud o factor de cresta a la relación entre el valor de cresta o máximo y el valor eficaz.

SIMULADORES ELECTRONICOS

Los simuladores electrónicos son software de computación que permiten realizar la simulación de circuitos con componentes electrónicos, ya sean pasivos o activos. En el campo de la electrónica el uso de simuladores se hace casi imprescindible. La variedad de componentes que pueden adicionarse al circuito y la complejidad de éste, obliga a hacer simulaciones y diseñar el circuito desde el propio PC para ajustar los requerimientos en las entradas y salidas antes de programar ese circuito en un chip programable (PLD) o montarlo en una placa de conexiones. En el mercado existen una gran gama de estos simuladores. Algunos son pagos y otros se pueden bajar de la web gratuitamente y otros por periodos de pruebas, generalmente de 30 días. A continuación se describirán brevemente alguno de ellos.

OREGANO

Orégano es un simulador de circuitos eléctricos y electrónicos que permite crear

esquemas tanto con resistencias, condensadores, bobinas y elementos más avanzados como

diodo, diodo zener, tiristor, diac, triac, potenciómetro, transistores (p-mos, n-mos...),

bombilla, led, amplificador operacional, puesta a tierra, fusible, pulsadores y otros

componentes electrónicos.

KSIMUS Simulador enfocado a procesos técnicos y circuitos electrónicos que ofrece una buena diversidad de bloques para añadir al montaje: compuertas lógicas, condicionales, funciones aritméticas, conversores, entradas / salidas booleanas y triestado, etc... También es posible añadir bloques extras que vengan en paquetes separados. KLOGIC Ofrece los bloques de lógica combinacional y secuencial más usados: compuertas AND, OR, NOT (inversor), NOR, XOR, NAND, biestable D, biestable RS, biestable JK, Flip-flop, salidas triestado, memorias RAM, switch, conectores en Bus, osciladores, LED, visores de 7 segmentos, etc. Una vez definido el esquema circuital es posible simularlo y mostrar un gráfico con los niveles de las entradas y las salidas. También ofrece las ecuaciones del circuito. QUCS Simulador eléctrico y electrónico. Se puede ir añadiéndole componentes al dibujo e ir juntándolos por cables. Cuenta con resistencias, condensadores, bobinas, puestas a tierra, transformador, bloques para corriente continua, polarizador en T, amplificadores, atenuador, bobinas, sondas de corriente y de tensión, conmutadores, etc... En la librería de componentes cuenta con muchos más bloques: Varios tipos

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de Mosfets, amplificadores operacionales, Leds de varios colores, transistores, distintos diodos Zener y diodos convencionales y muchos componentes más. En cuanto a la simulación, se puede observar tanto ver la gráfica de las tensiones respecto al tiempo, como calcular la polaridad DC, usar diagramas de tiempos, tablas de verdad y muchas cosas más. TKGATE Permite crear y simular circuitos electrónicos con puertas (and, or, not, buffer, p-mos, n-mos...), entradas (conmutador, interruptor, masa, Vdd, lineales), salidas (Led, barra de Leds, 7 segmentos), señal de reloj, MSI (Multiplexor y decodificador o demultiplexor), sumador, restador, multiplicador, registros, memorias (RAM y ROM), flipflop y otros componentes. Una vez ya definidos los módulos, conexiones y puertos se procede a efectuar la simulación del montaje.

KTECHLAB

Programa para el diseño y la simulación de circuitos electrónicos y microcontroladores (Electronic Design Automation - EDA). EAGLE Permite crear esquemas y placas de circuito impreso (PCB's). Eagle está di para dirigido a diseñar esquemas electrónicos. También permite cargar circuitos diseñados en su lenguaje de programación (EAGLE User Language). KICAD Este software tiene varios componentes enfocados tanto a diseñar esquemas (EESchema), editar circuitos y componentes, diseñar circuitos impresos en placa (board editor), visor 3D de las placas ya impresas y otras herramientas para ayudar en el diseño. Sirve para crear esquemas y placas de circuito impreso (PCB's). También incluye abundantes bibliotecas de componentes con la

posibilidad de añadir nuevas librerías con bloques personalizados. PSPICE Es un programa para la simulación de circuitos analógicos y digitales que permite, además de comprobar su funcionamiento, realizar el análisis y el estudio de los mismos. El programa PSpice ha ido evolucionando desde sus inicios hasta la versión actual en entorno windows.

CROCODILLE El Crocodile Tecnology es un potente simulador de sistemas y circuitos de control con el que se pueden diseñar y probar circuitos eléctricos, electrónicos, mecánicos. PROTEUS

Se trata de un software comercial que a nivel profesional es uno de los más

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utilizados. Permite el diseño y simulación de circuitos de todo tipo, inclusive de aquellos que tienen microcontroladores, pues ofrece una inferfaz de programación y carga del firmware. El mismo puede desarrollarse en el propio Proteus o incluso en la interfaz de desarrollo nativa, para luego ser incorporada desde el proyecto de Proteus. En el sitio web oficial, puede descargarse una versión de prueba por 30 días.

Referencias Electrónicas

https://www.simbologia-electronica.com/simbologia-electrica-electronica/simbolos-electricos-electronicos-basicos.htm https://mielectronicafacil.com/analisis-de-circuitos/teorema-de-mallas/#introduccion-al-analisis-de-mallas https://www.ecured.cu/Simuladores_de_circuitos#:~:text=verdaderos%20laboratorios%20virtuales.-,Historia%20de%20los%20simuladores,la%20radiaci%C3%B3n%20de%20un%20circuito. https://electricalfaq.wordpress.com/simulacion-de-circuitos-con-software-historia-funcionamiento-y-algo-de-lo-actual/ https://sites.google.com/site/joselectronix/teorico/simuladores-de-circuitos https://github.com/drahnr/oregano https://www.a-rostin.de/ https://ksimus.berlios.de https://qucs.sourceforge.net https://sourceforge.net/projects/ktechlab https://electricalfaq.wordpress.com/simulacion-de-circuitos-con-software-historia-

funcionamiento-y-algo-de-lo-actual/