Circuito

Un circuito eléctrico es una interconexión de componentes eléctricos (p. ej., baterías, resistencias, inductores, condensadores, interruptores, transistores) o un modelo de dicha interconexión, que consta de elementos eléctricos (p. ej., fuentes de voltaje, fuentes de corriente, resistencias, inductancias, capacitancias ). Un circuito eléctrico es una red que consiste en un bucle cerrado, dando un camino de retorno para la corriente. Las redes eléctricas lineales, un tipo especial que consta solo de fuentes (voltaje o corriente), elementos agrupados lineales (resistencias, capacitores, inductores) y elementos distribuidos lineales (líneas de transmisión), tienen la propiedad de que las señales son linealmente superponibles. Por lo tanto, se analizan más fácilmente utilizando métodos potentes en el dominio de la frecuencia, como las transformadas de Laplace, para determinar la respuesta de CC, la respuesta de CA y la respuesta transitoria.

Un circuito resistivo es un circuito que contiene solo resistencias y fuentes ideales de corriente y voltaje. El análisis de circuitos resistivos es menos complicado que el análisis de circuitos que contienen capacitores e inductores. Si las fuentes son fuentes constantes (CC), el resultado es un circuito de CC. La resistencia efectiva y las propiedades de distribución de corriente de redes de resistencias arbitrarias se pueden modelar en términos de sus medidas gráficas y propiedades geométricas.

Una red que contiene componentes electrónicos activos se conoce como circuito electrónico . Tales redes son generalmente no lineales y requieren herramientas de diseño y análisis más complejas.

Clasificación

por pasividad

Una red activa contiene al menos una fuente de voltaje o fuente de corriente que puede suministrar energía a la red indefinidamente. Una red pasiva no contiene una fuente activa.

Una red activa contiene una o más fuentes de fuerza electromotriz. Los ejemplos prácticos de tales fuentes incluyen una batería o un generador. Los elementos activos pueden inyectar energía al circuito, proporcionar ganancia de energía y controlar el flujo de corriente dentro del circuito.

Las redes pasivas no contienen ninguna fuente de fuerza electromotriz. Se componen de elementos pasivos como resistencias y condensadores.

Por linealidad

Una red es lineal si sus señales obedecen al principio de superposición; de lo contrario, no es lineal. Las redes pasivas generalmente se consideran lineales, pero hay excepciones. Por ejemplo, un inductor con un núcleo de hierro se puede saturar si se acciona con una corriente lo suficientemente grande. En esta región, el comportamiento del inductor es muy no lineal.

por bultos

Los componentes pasivos discretos (resistencias, capacitores e inductores) se denominan elementos agrupados porque se supone que todas sus resistencias, capacitancia e inductancia, respectivamente, están ubicadas ("agrupadas") en un solo lugar. Esta filosofía de diseño se denomina modelo de elementos agrupados y las redes así diseñadas se denominan circuitos de elementos agrupados . Este es el enfoque convencional para el diseño de circuitos. A frecuencias lo suficientemente altas, o para circuitos lo suficientemente largos (como las líneas de transmisión de energía), la suposición concentrada ya no se cumple porque hay una fracción significativa de una longitud de onda en las dimensiones de los componentes. Se necesita un nuevo modelo de diseño para estos casos llamado modelo de elementos distribuidos. Las redes diseñadas para este modelo se denominan circuitos de elementos distribuidos .

Un circuito de elementos distribuidos que incluye algunos componentes agrupados se denomina diseño semi-agrupado . Un ejemplo de un circuito semi-agrupado es el filtro combinado.

Clasificación de las fuentes

Las fuentes se pueden clasificar en fuentes independientes y fuentes dependientes.

Independiente

Una fuente independiente ideal mantiene el mismo voltaje o corriente independientemente de los otros elementos presentes en el circuito. Su valor es constante (DC) o sinusoidal (AC). La fuerza del voltaje o la corriente no cambia por ninguna variación en la red conectada.

Dependiente

Las fuentes dependientes dependen de un elemento particular del circuito para entregar la potencia, el voltaje o la corriente, según el tipo de fuente que sea.

Aplicando las leyes eléctricas

Una serie de leyes eléctricas se aplican a todas las redes resistivas lineales. Éstos incluyen:

• Ley de corriente de Kirchhoff: La suma de todas las corrientes que entran en un nodo es igual a la suma de todas las corrientes que salen del nodo.
• Ley de voltaje de Kirchhoff: La suma dirigida de las diferencias de potencial eléctrico alrededor de un bucle debe ser cero.
• Ley de Ohm: El voltaje a través de una resistencia es igual al producto de la resistencia y la corriente que fluye a través de ella.
• Teorema de Norton: cualquier red de fuentes de voltaje o corriente y resistencias es eléctricamente equivalente a una fuente de corriente ideal en paralelo con una sola resistencia.
• Teorema de Thévenin: cualquier red de fuentes de voltaje o corriente y resistencias es eléctricamente equivalente a una sola fuente de voltaje en serie con una sola resistencia.
• Teorema de superposición: en una red lineal con varias fuentes independientes, la respuesta en una rama particular cuando todas las fuentes actúan simultáneamente es igual a la suma lineal de las respuestas individuales calculada tomando una fuente independiente a la vez.

La aplicación de estas leyes da como resultado un conjunto de ecuaciones simultáneas que se pueden resolver algebraicamente o numéricamente. Las leyes generalmente se pueden extender a redes que contienen reactancias. No se pueden utilizar en redes que contengan componentes no lineales o variables en el tiempo.

métodos de diseño

Análisis de red lineal
Elementos
Componentes
Circuitos en serie y en paralelo
Transformaciones de impedancia
Teoremas del generador	Teoremas de red
Métodos de análisis de red
Parámetros de dos puertos
	vistahablareditar

Para diseñar cualquier circuito eléctrico, ya sea analógico o digital, los ingenieros eléctricos deben poder predecir los voltajes y las corrientes en todos los lugares dentro del circuito. Los circuitos lineales simples se pueden analizar a mano utilizando la teoría de números complejos. En casos más complejos, el circuito puede analizarse con programas informáticos especializados o técnicas de estimación como el modelo lineal por partes.

El software de simulación de circuitos, como HSPICE (un simulador de circuitos analógicos) y lenguajes como VHDL-AMS y verilog-AMS permiten a los ingenieros diseñar circuitos sin el tiempo, el costo y el riesgo de error que implica construir prototipos de circuitos.

Software de simulación de red

Los circuitos más complejos se pueden analizar numéricamente con software como SPICE o GNUCAP, o simbólicamente usando software como SapWin.

Linealización alrededor del punto de operación

Cuando se enfrenta a un nuevo circuito, el software primero trata de encontrar una solución de estado estacionario, es decir, una en la que todos los nodos se ajusten a la ley de corriente de Kirchhoff y los voltajes a través de cada elemento del circuito se ajusten a las ecuaciones de voltaje/corriente que gobiernan eso. elemento.

Una vez que se encuentra la solución de estado estable, se conocen los puntos de operación de cada elemento en el circuito. Para un análisis de señal pequeña, cada elemento no lineal se puede linealizar alrededor de su punto de operación para obtener la estimación de señal pequeña de los voltajes y corrientes. Esta es una aplicación de la Ley de Ohm. La matriz de circuito lineal resultante se puede resolver con eliminación gaussiana.

Aproximación lineal por partes

El software, como la interfaz PLECS para Simulink, utiliza una aproximación lineal por partes de las ecuaciones que rigen los elementos de un circuito. El circuito se trata como una red completamente lineal de diodos ideales. Cada vez que un diodo cambia de encendido a apagado o viceversa, la configuración de la red lineal cambia. Agregar más detalles a la aproximación de ecuaciones aumenta la precisión de la simulación, pero también aumenta su tiempo de ejecución.