Tipos de señales

Tipos y características de las señales eléctricas

Señal Eléctrica: es una magnitud eléctrica cuyo valor o intensidad depende del tiempo.

v(t) es una tensión cuya amplitud depende del tiempo.

i(t) es una corriente cuya intensidad depende del tiempo.

Señales constantes: Su magnitud no varía en el tiempo.

Señales variables: Su magnitud varía con el tiempo.

Señales contínuas: Siempre tienen el mismo signo (positivas o negativas).Pueden ser o no ser constantes.

Señales alternas: Varian el signo de su magnitud (de positivo a negativo). Nunca pueden ser constantes.

Señales periódicas: se les puede encontrar un patrón de repetitividad. A este patrón se le conoce como ciclo de la onda.

Período (T): Tiempo que tarda una señal en completar un ciclo. Su unidad de medida es el segundo (s)

Frecuencia (f): Inverso del período. Número de oscilaciones de la señal en un segundo. Su unidad de medida es el Hertz (Hz).

Amplitud: Máxima perturbación de la onda.

Fase: La fase de una onda relaciona la posición de una característica específica del ciclo (como por ejemplo un pico), con la posición de la misma característica en otra onda. Puede medirse en unidades de tiempo, distancia, fracción de la longitud de onda o (más comúnmente) como un ángulo.

Valor promedio: El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero (0).Si se toma en cuenta sólo un semiciclo (supongamos el positivo) el valor promedio es:

V_PR = V_PICO x 0.636

Valor eficaz: El valor eficaz de la corriente alterna senoidal es aquel que es equivale al de una corriente constante que en el mismo tiempo disipe la misma energía. También se le conoce como valor rms (root mean square, valor cuadrático medio).

Valor eficaz=  Vpico/√2

Valor pico: Máximo valor que toma la señal.

Valor pico a pico: Cuando se mide el nivel de una forma de onda de una señal, el valor pico a pico es la diferencia entre el pico positivo más alto y el valor del pico negativo más bajo.

Fuente de alimentación: Circuito que convierte un voltaje alterno en uno directo, o prácticamente directo.

Generar una señal de 500 Hz y 10v. Calcula el periodo.

Generar una señal con un periodo de 1/60 y un valor pico de 5 v. Calcular su valor promedio y rms.

Teorema de superposición

Un circuito lineal que contenga dos o más fuentes independientes puede analizarse obteniendo las tensiones y corrientes de las ramas debidas a cada una de las fuentes por separado y luego sumando los resultados.

Este principio es aplicable porque existe una relación lineal entre corrientes y tensiones.

Al hacer el análisis, las fuentes de tensión se suprimen y se sustituyen por un cortocircuito; las fuentes de intensidad de corrientes se suprimen y se sustituyen mediante un circuito abierto.

La superposición no puede aplicarse para el cálculo de la potencia, ya que la potencia de un elemento es proporcional al cuadrado de la corriente o al cuadrado de la tensión, lo que hace que la relación no sea lineal.

CIRCUITO ELÉCTRICO

Un circuito es una red eléctrica (interconexión de dos o más componentes, tales como resistencias, inductores, condensadores, fuentes, interruptores y semiconductores) que contiene al menos una trayectoria cerrada. Los circuitos que contienen solo fuentes, componentes lineales (resistores, condensadores, inductores), y elementos de distribución lineales (líneas de transmisión o cables) pueden analizarse por métodos algebraicos para determinar su comportamiento en corriente directa o en corriente alterna. Un circuito que tiene componentes electrónicos es denominado un circuito electrónico. Estas redes son generalmente no lineales y requieren diseños y herramientas de análisis mucho más complejos.

• Componente: Un dispositivo con dos o más terminales que puede fluir carga dentro de él.
• Nodo: Punto de un circuito donde concurren varios conductores distintos. A, B, D, E son nodos. Nótese que C no es considerado como un nodo puesto que es el mismo nodo A al no existir entre ellos diferencia de potencial o tener tensión 0 (V_A - V_C = 0).
• Rama: Conjunto de todos los elementos de un circuito comprendidos entre dos nodos consecutivos. En la figura 1 se hallan siete ramales: AB por la fuente, AB por R1, AD, AE, BD, BE y DE. Obviamente, por un ramal sólo puede circular una corriente.
• Malla: Un grupo de ramas que están unidas en una red y que a su vez forman un lazo.
• Fuente: Componente que se encarga de transformar algún tipo de energía en energía eléctrica. En el circuito de la figura 1 hay tres fuentes, una de intensidad, I, y dos de tensión, E1 y E2.
• Conductor: Comúnmente llamado cable; es un hilo de resistencia despreciable (idealmente cero) que une los elementos para formar el circuito.

CIRCUITO EQUIVALENTE

Un circuito equivalente se refiere a la forma más simple de un circuito que conserve todas las características eléctricas del circuito original, que es más complejo. De esta forma, un circuito equivalente contiene elementos pasivos y lineales.

Disposición de los elementos de un circuito que equivale a un arreglo más complicado. Un circuito que exhibe idénticas características (comportamiento) que otro en terminales idénticas.

Un circuito equivalente, visto desde sus terminales, se comporta igual que el circuito original.

El circuito equivalente NO es igual que el original: tan sólo su comportamiento hacia el exterior es igual que el del original.

Leyes fundamentales

LEYES FUNDAMENTALES

Existen unas leyes fundamentales que rigen a cualquier circuito eléctrico. Estas son:

• Ley de Ohm: La tensión en una resistencia es igual al producto de la resistencia por la corriente que fluye a través de él.
• Ley de corriente de Kirchhoff: La suma de las corrientes que entran por un nodo debe ser igual a la suma de las corrientes que salen por ese nodo.
• Ley de tensiones de Kirchhoff: La suma de las tensiones en un lazo debe ser 0.
• Teorema de Norton: Cualquier red que tenga una fuente de tensión o de corriente y al menos una resistencia es equivalente a una fuente ideal de corriente en paralelo con una resistencia.
• Teorema de Thévenin: establece que si una parte de un circuito eléctrico lineal está comprendida entre dos terminales A y B, esta parte en cuestión puede sustituirse por un circuito equivalente que esté constituido únicamente por un generador de tensión en serie con una impedancia, de forma que al conectar un elemento entre las dos terminales A y B, la tensión que cae en él y la intensidad que lo atraviesa son las mismas tanto en el circuito real como en el equivalente.

Cualquier red que tenga una fuente de tensión o de corriente y al menos una resistencia es equivalente a una fuente ideal de tensión en serie con una resistencia.

Si el circuito eléctrico tiene componentes no lineales, pueden necesitarse otras leyes mucho más complejas. Al aplicar estas leyes o teoremas se producirá un sistema de ecuaciones lineales que pueden ser resueltas por métodos sencillos.

Conceptos básicos

Resistencia eléctrica: es la dificultad u oposición que un material pone al paso de la corriente eléctrica. En otras palabras, es el grado de oposición o impedimento de un material a la corriente eléctrica que lo recorre. Todos los conductores eléctricos ofrecen mayor o menor resistencia al paso de la corriente eléctrica dependiendo de:

·         La oposición que presenta cada átomo a que le arranquen los electrones, por ser estos atraídos por el núcleo.

·         Los innumerables choques producidos entre los electrones de la corriente y de los átomos que componen el conductor. Estos choques se traducen en resistencia y hacen que se caliente el conductor.

Su unidad de medida es el ohm (Ω).

Voltaje: también llamado tensión o diferencia de potencial. Es la magnitud física que impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito eléctrico cerrado, provocando el flujo de una corriente eléctrica. También se define como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada, para moverla de un lugar a otro.

Su unidad de medida es el volt  o voltio (V).

Corriente: es la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo.

La corriente se divide en dos grandes ramas: alterna y continua.

La corriente alterna es la que cambia de polaridad y amplitud en el tiempo.

La corriente continua es la que permanece con polaridad y amplitud constante

Su unidad de medida es el amper o amperio (A).

Conductor: es un material o elemento que permite que lo atraviese el flujo de la corriente o de cargas eléctricas en movimiento. Posee la característica de que los electrones en las órbitas más externas necesitan poca energía para salir de ellas.

Aislante: es un material cuyos electrones están fuertemente ligados a su órbita, siendo muy difícil o prácticamente imposible sacarlos de ella.

Semiconductores: son elementos fabricados, que no se hallan en la naturaleza. Los elementos utilizados en la producción de semiconductores (mayoritariamente silicio), no poseen ninguna propiedad que sea de utilidad para conducir electrones, pero mediante un proceso conocido como doping, se adicionan átomos de impurezas (antimonio, fósforo, boro, galio, etc.) logrando dispositivos que permiten el paso de cargas eléctricas bajo determinadas condiciones

Impedancia: se define igual que la resistencia, pero ésta se refiere a corriente continua, mientras que la impedancia se refiere a corriente alterna.

Su unidad de medida es el ohm (Ω).

Inductancia: fenómeno producido en las bobinas, las cuales presentan mayor impedancia cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente aplicada.

Su unidad de medida es el Henry (H).

Capacitancia: fenómeno producido en los condensadores, los cuales presentan menor impedancia cuanto mayor sea la frecuencia de la corriente aplicada.

Su unidad de medida es el Faraday o Faradio (F).

Reactancia: En electrónica se denomina reactancia a la oposición ofrecida al paso de la corriente alterna por inductores (bobinas) o condensadores. Los otros dos tipos básicos de componentes de los circuitos, transistores y resistores, no presentan reactancia.

Su unidad de medida es el ohm (Ω).

Fuente independiente: Fuente (de tensión o de corriente) que no se ve afectada por cambios al circuito al que está conectada.

Fuente dependiente: es  aquella en la que cambian sus características según sean las condiciones de determinados circuitos.