Programa - UTN - Universidad Tecnológica Nacional

PROGRAMA ASIGNATURA TEORÍA DE LOS CIRCUITOS I
Facultad Regional Mendoza – Universidad Tecnológica Nacional
TEORÍA DE LOS CIRCUITOS I
ESPECIALIDAD:
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
ASIGNATURA: TEORÍA DE LOS CIRCUITOS I
CURSO: TERCER NIVEL
CARGA HORARIA: 6 HORAS ANUALES
Horas destinadas a Teoría:
4 Hs.
Horas destinadas a Práctica:
2 Hs.
Horas Teórico-prácticas:
CODIGO:
PLAN
PROUPESTA
Hs.
1. INTRODUCCIÓN
El análisis de los circuitos es la disciplina básica de la ingeniería eléctrica que trata la transferencia
de energía de un dispositivo a otro, sin preocuparse por la estructura interna del mismo o su
posición relativa. Sólo considera la transmisión de energía de un dispositivo a otro. En esta
asignatura se pretende predecir el comportamiento de los dispositivos eléctricos reales
interconectados de diversas maneras, a partir de modelos que permitan describirlos
matemáticamente. En cierto sentido, es una materia independiente de la tecnología, pues todo
nuevo dispositivo electrónico, finalmente quedará modelado en término de los elementos circuitales
básicos. La Teoría de los Circuitos Eléctricos es una asignatura básica de la Carrera del Ingeniero
en Electrónica, pues está fuertemente entrelazada con la capacidad del futuro ingeniero de analizar,
diseñar, modelar y simular sistemas electrónicos complejos, tanto de control, comunicaciones,
computación, etc.
Este curso está organizado desde tres puntos de vistas:
a) Brindar las herramientas de análisis de los circuitos, para ello se da en la primera parte las
leyes y propiedades de los circuitos, empezando por redes lineales simples.
b) Se pretende también enmarcar el estudio de los circuitos, desde la concepción de los
sistemas lineales, para ello se hace énfasis en la modelación y simulación. Es por ello que
el último capítulo incorpora el estudio de convolución, series de Fourier y transformada de
Laplace
c) Por último, no se olvida, que a los efectos prácticos, el estudiante debe poder resolver
circuitos lineales. Por ello el objetivo de la parte práctica apunta a brindar suficiente
experiencia en la resolución de ejercicios, complementados con prácticas de laboratorio y el
uso de programas específicos de simulación de circuitos.
1.1 OBJETIVOS GENERALES
2. Proveer los fundamentos de los circuitos lineales e interpretar a éstos en el marco de los
sistemas lineales, comprendiendo y aplicando sus principales propiedades.
3. Mostrar cómo el análisis y diseño de circuitos eléctricos están íntimamente relacionados
con la capacidad del futuro ingeniero para diseñar complejos sistemas electrónicos de
comunicaciones, computación y control.
4. Que el alumno aprenda a resolver circuitos lineales simples.
5. Que el alumno adquiera las habilidades para modelar y resolver sistemas lineales tanto
desde el dominio del tiempo como de la frecuencia, y que sea capaz de predecir su
comportamiento ante una excitación cualquiera.
Prof. Dr. Ing. S. Enrique Puliafito
27/04/2008
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2. PROGRAMA ANALÍTICO
2.1 CAPÍTULO I: PROPIEDADES Y LEYES FUNDAMENTALES DE LOS CIRCUITOS
LINEALES.
2.1.1 OBJETIVOS
• Proveer los fundamentos de los circuitos eléctricos como sistemas lineales.
• Que el alumno aprenda a resolver sistemas simples aplicando los métodos de cálculo.
2.1.2 DESCRIPCIÓN
El análisis de los circuitos es la disciplina básica de la ingeniería eléctrica que trata la transferencia
de energía de un dispositivo a otro, sin preocuparse por la estructura interna del mismo o su
posición relativa. Sólo considera la transmisión de energía de un dispositivo a otro. En este estudio
se pretende predecir el comportamiento de los dispositivos eléctricos reales interconectados de
diversas maneras. Para ello se usan modelos que permitan describir estos dispositivos
matemáticamente. El grado de exactitud de una ciencia dependerá del grado de correspondencia
entre los modelos y las realidades físicas. existen dos puntos de vista:
a) Los modelos son puramente aproximaciones matemáticas de un dispositivo físico real. Por
ejemplo una rueda es un círculo de radio R.
b) El modelo es un dispositivo físico idealizado. Una rueda ideal, por ejemplo, sería perfectamente
circular y sin masa.
Ambos aspectos son importantes. Si bien los modelos no representan exactamente el dispositivo
físico, estos modelos no serían interesantes si la correspondencia no fuese muy buena.
Lógicamente, los modelos o circuitos eléctricos ideales son el resultado de mucha experimentación
puesto que debe alcanzar una muy buena correspondencia. Esta mayor correspondencia, se
obtiene también complicando cada vez más los modelos, pero luego debe evaluarse si la
correspondencia obtenida justifica la complejidad del modelo. Por otra parte, a medida que se van
inventando nuevos dispositivos, estos se reducirán a nuevos modelos, por lo que las leyes y
relaciones del análisis de circuitos es independiente del dispositivo real y por lo tanto mantiene su
actualidad.
En este primer capítulo se dan los principales leyes de la teoría de circuito, se revisan los
conceptos físicos de la electrotecnia, y se delinean los principales métodos de resolución.
2.1.3 TEMAS
TEMA A: Introducción: 1.A.1. Revisión de los conceptos de electricidad. 1.A.2 Ley de Coulomb,
campo eléctrico.1.A.2. Teorema de Gauss: campo dentro y fuera de un conductor. 1.A3. Concepto
de potencial, propiedades de los dieléctricos. 1.A.4. Revisión de los conceptos de magnetismo:
campo magnético, inducción. 1.A.5. Fuerza sobre un conductor, campo generado en una carga
móvil, campo en una espira, fuerza electromotriz.
Tiempo de dictado: 6 hs.
TEMA B: Propiedades de los circuitos: 1.B.1 Parámetros y variables de los circuitos lineales.
1.B.2 Utilización de modelos en el análisis de los circuitos 1.B.3 Leyes básicas de equilibrio. Ley de
Ohm, leyes de Kirchhoff. 1.B.4. Principios fundamentales: principios de dualidad, linealidad y
superposición.
Tiempo de dictado: 6 hs.
TEMA C: Resolución de circuitos: 1.C.1. Métodos de resolución de circuitos,
generalidades.1.C.2. Circuitos resolubles aritméticamente, topología algebraica de los circuitos
eléctricos. 1.C.3. El método "2b". 1.C.4. El método de análisis de las corrientes en las mallas
(método de Maxwell). 1.C.5 El método de análisis de las tensiones nodales. 1.C.6. Resolución de
circuitos asistido por computadora, introducción al Pspice.
Tiempo de dictado: 8hs.
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2.2 CAPÍTULO II: DIPOLOS Y CUADRIPOLOS
2.2.1 OBJETIVOS
• Reconocer los circuitos eléctricos como terminales de dos o cuatro puertos.
• Que el alumno adquiera la habilidad de evaluar los sistemas lineales a partir del ensayo del
mismo, aplicando diversas estrategias de reconocimiento.
• Que el alumno pueda elaborar un modelo equivalente del sistema ensayado.
2.2.2 DESCRIPCIÓN
Del análisis general de redes, surgen dos casos particulares de interés, dependiendo de dónde se
mide la respuesta. En un caso, en los dipolos, la red se analiza desde un solo par de terminales, la
excitación y la respuesta se miden desde el mismo par de bornes, por ejemplo, la tensión es la
excitación, y la corriente producida es la respuesta. En el segundo caso, los cuadripolos, la
excitación se ubica en un par de terminales, y la respuesta se mide en otro par de terminales.
Primeramente vamos a estudiar los dipolos resistivos, es decir, una red compuesta sólo por
resistencias, las fuentes pueden ser externas al dipolo o internas. Estas redes pueden ser más
simples o más complejas. En un dipolo, el objeto de estudio, es reducir la red, vista desde el par de
terminales seleccionado, a una única resistencia equivalente, y si las fuentes son internas, a una
resistencia y una fuente equivalente. Para la solución de estos casos existen diversos métodos y
teoremas que se analizarán en este capítulo.
2.2.3 TEMAS
TEMA A: Dipolos resistivos: 2.A.1 Resistencia equivalente. 2.A.2. Métodos de cálculo: divisor de
tensión y corriente, circuitos serie-paralelo, transformación estrella-triángulo 2.A.3 dipolos
simétricos, circuitos escalonados. 2.A.4. Teorema fundamentales: Thèvenin, Norton y de la
sustitución.
Tiempo de dictado: 4 hs.
TEMA B: Cuadripolos resistivos: 2.B.1. Circuitos equivalentes circuitos "T" y "Π”. 2.B.2.
Parámetros "r" y "g", conversión de parámetros. 2.B.3. Propiedades de los cuadripolos: Teorema
de la reciprocidad, 2.B.4. Simetría en cuadripolos.
Tiempo de dictado: 8 hs.
2.3 CAPITULO III: RÉGIMEN DINÁMICO EN EL DOMINIO DEL TIEMPO
2.3.1 OBJETIVOS
• Reconocer las señales principales de excitación de sistemas lineales y componer señales
arbitrarias a partir de éstas.
• Analizar el comportamiento temporal transitorio de circuitos lineales simples a partir de su
excitación.
• Que el alumno adquiera la habilidad de elaborar un modelo temporal del circuito y prever
su comportamiento temporal.
• Que el alumno se familiarice con la resolución de ecuaciones diferenciales simples de
primer y segundo orden.
2.3.2 DESCRIPCIÓN
Los parámetros fundamentales de un circuito eléctrico pasivo son la resistencia, la inductancia y la
capacidad. La resistencia de un circuito eléctrico es el responsable de un proceso energético
irreversible que conocemos como disipación de calor. En efecto, toda vez que circula corriente por
la misma se produce un proceso de transformación de la energía eléctrica suministrada, la cual se
disipa en el medio circundante en forma de calor.
La inductancia y la capacidad de un circuito eléctrico son responsables de poner de manifiesto las
propiedades de almacenamiento de energía eléctrica en forma de campo magnético concatenado
al mismo, o de campo eléctrico almacenado en el dieléctrico circundante al mismo.
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Debido a las relaciones de volt-ampere de ambos elementos almacenadores del circuito, el
equilibrio eléctrico será descrito matemáticamente mediante ecuaciones diferenciales cuyas
soluciones serán funciones del tiempo. Como consecuencia de ello podemos decir que la
introducción de tales elementos en el circuito posibilita la existencia de los fenómenos transitorios.
De todas formas, cabe hacer notar que las leyes y propiedades generales resultan aplicables aún
cuando la respuesta del circuito resulten funciones del tiempo.
Tal como sabemos, toda ecuación diferencial puede ser homogénea o no homogénea según que
en el segundo miembro esté igualado a cero o no. En el segundo caso aparecerá en general la
función de excitación responsable de forzar la respuesta del sistema.
Físicamente ello corresponde a la descripción de una evolución del sistema en el tiempo como
consecuencia de la existencia de un régimen libre o natural o de un régimen forzado de excitación
externa del mismo.
En este capítulo se describirán las ecuaciones diferenciales que gobiernan los elementos básicos
para luego describir la respuesta de circuitos simples de primer y segundo orden a diversa
excitaciones.
2.3.3 TEMAS
TEMA A: Circuitos con almacenamiento de energía: 3.A.1 Energía almacenada en los circuitos.
3.A.2. Relaciones de tensión-corriente en circuitos con almacenamiento de energía, valores límites.
3.A.3. Ecuaciones diferenciales en circuitos eléctricos. 3.A.4. Representación de excitaciones
discontinuas típicas: función impulsiva, función escalonada, rampa. 3.A.5. Construcción de señales
a partir de funciones singulares.
Tiempo de dictado: 4 hs.
TEMA B: Régimen transitorio y permanente 3.B.1. Análisis de fenómenos transitorios en
sistemas de primer orden. 3.B.2. Excitación por energía interna almacenada inicialmente. 3.B.3.
Análisis de fenómenos transitorios en sistemas de segundo orden. 3.B.4. Excitación discontinua
típica: por energía interna almacenada inicialmente, por función impulsiva, por función escalonada.
3.B.5 Resonancia serie y paralelo en el dominio del tiempo.
Tiempo de dictado: 8 hs.
2.4 CAPITULO IV: EXCITACIÓN ARMONICA SIMPLE
2.4.1 OBJETIVOS
• Estudiar del comportamiento de los circuitos lineales a una excitación de corriente alterna
en el estado permanente
• Que el alumno aprenda a convertir los circuitos del dominio del tiempo al dominio de la
frecuencia y resolver operativamente circuitos lineales simples aplicando el álgebra
fasorial.
• Analizar el comportamiento de inductancias acopladas y estudiar los modelos de
transformadores ideales y reales.
2.4.2 DESCRIPCIÓN
La naturaleza nos presenta innumerables ejemplos de variaciones cíclicas o periódicas: un
péndulo, el movimiento del sol o los planetas, las estaciones del año, las olas del mar, etc; son
algunos ejemplos de esta forma natural de movimiento. La forma de esta onda es la proyección en
un eje de un movimiento circular. Desde la antigüedad la fascinante perfección del círculo cautivó a
los pensadores griegos como Pitágoras (Samos Grecia 572 a.C. – Italia 497 a.C.) o Aristóteles
(Estagira 384 a.C. – Calcis 322 a.C.). En cierto sentido podríamos decir que la naturaleza “ama las
ondas senoidales”. También los sistemas tecnológicos como por ejemplo, los generadores
eléctricos, las redes industriales y domiciliares, los procesos resonantes y muchos sistemas de
comunicaciones, se basan en las ondas de forma senoidal. Estos pocos argumentos ya justificaría
el desarrollo de técnicas y métodos matemáticos especiales para tratar estos casos; sin embargo
existen además otros motivos interesantes para dedicar un capítulo a esta materia:
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•
La simplicidad matemática de las ondas senoidales: la suma, la resta, la derivada e integral de
una señal senoidal para una dada frecuencia es otra señal senoidal de la misma frecuencia.
Esta es la única función matemática que tiene esta propiedad.
• La transformada de Fourier permite descomponer cualquier función en un conjunto de señales
senoidales
• La respuesta natural de muchos sistemas están íntimamente relacionadas a las funciones
senoidales. De hecho la función senoidal amortiguada exponencialmente es probablemente la
respuesta natural más frecuente.
• La respuesta de un sistema lineal a una entrada senoidal es otra función senoidal de la misma
frecuencia pero distinta amplitud y fase.
El tratamiento de las ondas senoidales exige en principio el uso de álgebra de números complejos;
sin embargo el uso de los métodos de conversión al “dominio de la frecuencia” permite tratar a los
circuitos eléctricos como redes resistivas puras. Es por ello que en este capítulo repasaremos las
propiedades de las ondas senoidales, y veremos su representación compleja y geométrica
mediante vectores. La aplicación de estos vectores o fasores se lo denomina método del dominio
de la frecuencia.
2.4.3 TEMAS
TEMA A: Representación fasorial de circuitos: 4.A.1. Propiedades de las ondas senoidales,
representación vectorial (fasorial) y compleja. Transformación de redes al dominio de la frecuencia.
4.A.2. Circuitos excitados con ondas senoidales, respuesta en amplitud y fase. 4.A.3 Circuitos de
primer orden en el dominio de la frecuencia. 4.A.4 Diagramas fasoriales, impedancias y
admitancias. Representación fasorial de impedancias. 4.A.5. Soluciones de estado permanente por
álgebra fasorial.
Tiempo de dictado: 4 hs.
TEMA B: Cuadripolos en el dominio de la frecuencia: 4.B.1. Cuadripolos en el dominio de la
frecuencia, parámetros de transmisión, híbridos. Impedancia imagen. Cascada de cuadripolos.
4.B.2. Análisis de resonancia en el dominio de la frecuencia. 4.B.3 Ancho de banda, factor de
mérito.
Tiempo de dictado: 8 hs.
TEMA C: Circuitos acoplados inductivamente. Transformadores:
4.C.1. Inductancia propia y mutua, ecuaciones en el dominio del tiempo y de la frecuencia,
coeficientes de acoplamiento. 4.C.2. Circuitos transformados, planteo de las ecuaciones. Circuitos
equivalentes. 4.C.3 Transformadores ideales. Relación de transformación, impedancia reflejada.
Diagramas fasoriales. 4.C.4 Bobinas de reactancia, curvas de imanación e histéresis, corrientes de
Foucault. 4.C.5 Transformadores reales: circuitos equivalentes y diagramas fasoriales.
Tiempo de dictado: 12 hs.
2.5 CAPÍTULO V: POTENCIA
2.5.1 OBJETIVOS
• Determinar el balance de potencia de los circuitos lineales, tanto desde el dominio del
tiempo como en el dominio de la frecuencia
• Calcular la máxima transferencia de potencia
2.5.2 DESCRIPCIÓN
El concepto subyacente de toda esta materia es sin duda estudiar la transmisión de energía
eléctrica de un dispositivo a otro. Sin embargo hasta ahora hemos analizado el comportamiento de
la tensión y la corriente eléctricas como variables primarias, siendo éstas substitutos de los
conceptos de potencia y de energía. En este capítulo trataremos intensamente estos dos
conceptos de potencia y energía, tanto para los circuitos resistivos solamente, como para los de
corriente alterna. El tratamiento de la variables de potencia y la energía suscitó hacia fines del siglo
XIX una fuerte controversia, por la aplicación extensiva en los sistemas industriales de la corriente
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continua (c.c.) o el de la corriente alterna (c.a.). Así para 1880 la corriente eléctrica era usada sobre
todo para la iluminación pública, por ejemplo Nueva York y Nueva Yersey en EE.UU. Tenían
sistemas de corriente continua, en cambio la ciudad de Colonia en Alemania tenía corriente
alterna. Paralelamente, nuevos desarrollos de motores de c.a. o dínamos de c.c., hacían difícil la
elección. Representantes de la c.c. fueron Alessandro Volta (Italia,1745-1827) Thomas Edison
(EE.UU. 1847-1931) mientras que los defensores de la c.a. eran George Westinghouse (18461914) y Nicola Tesla (serbio-americano 1857-1943) inventor del motor de c.a. Uno de los
argumentos de la disputa era por un lado la dificultad en el tratamiento matemático de la potencia
en c.a., y por el lado de la c.c. su dificultad en los cambios de tensión y transporte. Sin embargo fue
el Ing. Charles Steinmetz (alemán-americano1865-1923) de la General Electric Company, quien
publicara en 1897 un artículo sobre el tratamiento matemático de la corriente alterna por medio de
fasores (ver Cap. 4), quien definitivamente volcara la elección hacia el uso extensivo de la corriente
alterna. Como lo veremos en este capítulo, la introducción de los conceptos de valor medio eficaz
(o r.m.s.: root mean square en inglés), y potencias promedios y pico, en vez de potencias
instantáneas, terminó por simplificar el cálculo de la potencia en corriente alterna.
TEMA A: Potencia en el dominio del tiempo: 5.A.1. Potencia en corriente continua: potencia por
rama. potencia en término de corriente en las mallas y tensiones nodales. 5.A.2. Potencia en un
dipolo. Teorema de la máxima transferencia de energía. Potencia en un cuadripolo. 5.A.3. Potencia
en el régimen transitorio: potencia en circuitos de primer y segundo orden.
Tiempo de dictado: 8 hs.
2.5.3 TEMAS
TEMA B: Potencia en circuitos de corriente alterna: 5.B.1. Valores eficaces. 5.B.2. Potencia
instantánea y potencias promedios. Potencia activa y reactiva. 5.B.3. Teorema de la máxima
transferencia de energía. 5.B.4. Compensación.
Tiempo de dictado: 8 hs.
TEMA C: Circuitos polifásicos: 5.C.1. Sistemas polifásicos equilibrados. Representaciones
temporales y fasoriales. Secuencia de fases. 5.C.2. Sistemas trifásicos equilibrados. Conexiones
típicas. 5.C.3. Circuito monofásico. Potencia. 5.C.4. Sistemas desequilibrados. Potencia.
Componentes simétricas.
Tiempo de dictado: 12 hs.
2.6 CAPÍTULO VI: RESPUESTAS A EXCITACIONES ARBITRARIAS
2.6.1 OBJETIVOS
• Predecir el comportamiento de los sistemas lineales simples ante una excitación cualquiera
tanto desde el domino del tiempo como de la frecuencia
• Comprender las relaciones que existen entre el teorema de la convolución y la integral de
Fourier
• Que el alumno pueda resolver operativamente un circuito lineal simple usando la
transformación de Laplace y obtener su respuesta en el dominio del tiempo para cualquier
excitación.
2.6.2 DESCRIPCIÓN
El problema del análisis de sistemas es responder a la siguiente pregunta: conocido un sistema y
una entrada ¿cuál es su salida?. Conocer un sistema significa determinar la respuesta natural del
sistema a través de su respuesta impulsiva h(t), a través de sus ecuaciones diferenciales, o
conociendo su función de transferencia en el dominio de la frecuencia. Si además se conoce la
entrada x(t), entonces para predecir su salida existen tres opciones de análisis:
1. Obtener la solución a las ecuaciones diferenciales, según los métodos matemáticos normales,
2. Resolver la integral de superposición en el dominio del tiempo, usando la función impulsiva
h(t),
3. Resolver las ecuaciones diferenciales en el dominio de la frecuencia, usando transformación
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de Fourier o Laplace.
El primer método, se supone conocido a través del análisis matemático. En cuanto a los dos
métodos restantes, veremos primero la solución de este problema en el dominio del tiempo, y en el
tercer método veremos la solución en el dominio de la frecuencia. Entonces a continuación
desarrollaremos el método de la integral de superposición o integral de convolución.
2.6.3 TEMAS
TEMA A: Respuesta en el dominio del tiempo a excitaciones arbitrarias: 6.A.1.Representación
de una señal por trenes de impulsos. 6.A.2. Integral de convolución, propiedades de la convolución
en el tiempo.
Tiempo de dictado: 8 hs.
TEMA B: Respuesta en frecuencia: 6.B.1. Representación de excitaciones periódicas por serie
de Fourier. 6.B.2. Respuesta a excitaciones periódicas: espectro discreto de frecuencia,
limitaciones del método de Fourier. 6.B.3. Representación de funciones de excitación no periódicas
por integral de Fourier, espectro continuo de Fourier, propiedades de la transformada de Fourier,
ejemplos. 6.B.4. Respuesta de sistemas a señales no periódicas, limitación de la transformada de
Fourier. 6.B.5. Introducción al análisis en frecuencia compleja, transformada de Laplace. 6.B.6.
Propiedades, antitransformación por fracciones simples. 6.B.7. Método operativo para resolver
problemas transitorios. Combinación de estado permanente y transitorio. 6.B.8. Equivalencia de los
métodos de convolución, Fourier y Laplace.
Tiempo de dictado: 12 hs.
3. PROGRAMA DE TRABAJOS PRÁCTICOS Y DE LABORATORIO:
El programa de trabajos prácticos tiene por objeto que el alumno se familiarice con la resolución de
circuitos. A pesar de su alto contenido teórico, esta asignatura tiene por objetivo que los alumnos
aprendan a resolver circuitos, por ello el programa de trabajos prácticos se basa tanto en la
resolución de ejercicios “en papel”, como por medio del uso de programas de simulación de
circuitos, PSPICE y otros como los programas de simulación de instrumentos de laboratorios.
Finalmente la visualización concreta de circuitos sencillos en el laboratorio usando fuentes,
generadores, osciloscopios, amperímetros y voltímetros.
La idea concreta es inducir al alumno, primero a la resolución manual de los circuitos, esto es
resolviendo los sistemas de ecuaciones (Maxwell, Kirchoff, etc) y luego proponer su
implementación en PSPICE, de manera que pueda visualizar las variaciones de corriente y tensión
cuando se cambian la excitación, configuración, etc. Finalmente una vez ensayado el circuito
“virtualmente” en la PC, implementarlo en el laboratorio con elementos reales.
TRABAJO PRÁCTICO N° 1: Corriente continua: Ejercitación sobre el uso de los distintos
métodos de resolución de circuitos. Caracterización de dipolos. Teoremas de Thévenin y Norton.
Caracterización de cuadripolos. Circuitos equivalentes T, Pi. Obtención de parámetros r y g.
Cálculo de potencia en corriente continua. (1., 2. y 3. semanas).
Tiempo de dictado: 12 hs.
TRABAJO LABORATORIO N°1: Ensayo de redes simples: Construcción de una red circuital
sencilla (cuadripolo), obtención por ensayo de los parámetros “r” y “g”, comprobación experimental
de las impedancias de entrada y salida. Modelo de la red ensayada.
Tiempo de dictado: 6 hs.
TRABAJO PRÁCTICO N° 2: Régimen transitorio: Resolución de circuitos de primer y segundo
orden a excitaciones impulsiva, escalón, por energía interna. Obtención de la respuesta transitoria
en el dominio del tiempo. Resolución de circuitos usando métodos por computadoras (p.ej.
PSPICE).
Tiempo de dictado: 8 hs.
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TRABAJO PRÁCTICO N° 3: Excitación armónica: Resolución de circuitos con excitación
armónica simple. Representación vectorial. Resolución de circuitos resonantes. Ancho de banda.
Tiempo de dictado: 8 hs.
TRABAJO LABORATORIO N°2: Ensayo de circuitos con excitación senoidal: Construcción
circuito RLC, aplicación de un generador de señales senoidal, visualización de las salida en el
osciloscopio. Comparación de los resultados experimentales con la respuesta obtenida en
programas computacionales de resolución (p.ej. PSPICE).
Tiempo de dictado: 6 hs.
TRABAJO PRÁCTICO N° 4: Potencia en C.A.: Cálculo de potencia en corriente alterna.
Representación vectorial. Compensación. Circuitos monofásicos y trifásicos.
Tiempo de dictado: 6 hs.
TRABAJO PRÁCTICO N° 5: Excitación arbitraria: Resolución de circuitos por integral de
convolución, resolución de circuitos en el dominio del tiempo. Simulación numérica.
Tiempo de dictado: 6 hs.
TRABAJO PRÁCTICO N° 5: Dominio de la frecuencia: Resolución de circuitos con excitación
armónica periódica y no periódica. Método de la transformada de Laplace. Antitransformación.
Tiempo de dictado: 6 hs.
TRABAJO LABORATORIO N°3: Ensayo de circuitos en el dominio de la frecuencia:
Construcción de una red sencilla (RLC), aplicación de un generador de señales con distintos tipos
de ondas, visualización de las salida en el osciloscopio y analizador de espectro. Interpretación de
los distintos tipos de espectros. Comparación de los resultados experimentales con la respuesta
obtenida en programas computacionales de resolución (p.ej. PSPICE).
Tiempo de dictado: 4 hs.
4. CONDICIONES PARA REGULARIZAR LA MATERIA y RÉGIMEN DE
EVALUACIÓN:
•
•
•
•
Asistencia al 80% de las clases
Aprobar dos parciales (primer parcial en la 15ava semana; segundo parcial en al 24ava
semana), recuperatorios (3-4 semanas después de cada parcial).
Presentar y aprobar una carpeta de trabajos prácticos
Rendir un examen final.
4.1 PROGRAMA DE EXAMEN
BOLILLA 1: 1A, 2B, 6B
BOLILLA 2: 2A, 3B, 6A
BOLILLA 3: 3A, 4B, 5B
BOLILLA 4: 1C, 4A, 6A
BOLILLA 5: 4C, 5B, 6B
BOLILLA 6: 5A, 3B, 4A
BOLILLA 7: 1B, 2A, 5ª
BOLILLA 8: 2B, 3A, 4B
BOLILLA 9: 3B, 4C, 5C
5. ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS UTILIZADAS:
Clases expositivas
Talleres grupales en el aula, y en el laboratorio.
5.1 RECURSOS DIDÁCTICOS UTILIZADOS
Pizarra y marcador, gráficos pre-elaborados.
Ayuda informática, programas de resolución de circuitos p. Ej. Pspice
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Equipamiento de electrónica: generadores de señales, fuentes, osciloscopio, analizador de
espectro.
6. DISTRIBUCIÓN HORARIA ANUAL:
Semana
Unidad
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
1
1
1
Práctico
2
2
Laboratorio
3
3
4
4
4
Práctico
5
5
5
Práctico
Laboratorio
Práctico
6
6
Práctico
Práctico
Laboratorio
Parcial
Parcial
Recuperatorio
Recuperatorio
Tema
A
B
C
1
A
B
1
A
B
A
B
C
2
A
B
C
3
2
4
A
B
5
6
3
Hs.
6
6
8
12
4
8
6
4
8
4
8
12
8
8
8
12
8
6
6
8
12
6
6
4
1
2
1
2
4
4
4
4
7. BIBLIOGRAFÍA
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•
•
•
Boylestad, R.: Introducción al análisis de los circuitos. 10 Ed., Pearson, Prentice Hall,
2004
Cunnigham and Stuller: “Basic Circuit Analysis”, 1995
Dorf y Svoboda, “Circuitos Eléctricos. Introducción al Análisis y Diseños”, Alfaomega,
2000
Hyat W, J. Kemmerly: “Análisis de Circuitos en Ingeniería”, Mc Graw Hill., 1985
Pueyo, H. y C. Marco: “Análisis de modelos circuitales”,Tomos I y II. Arbó, 1985
Puliafito, E., Apuntes de la cátedra de Análisis de Circuitos, UM, 2001 www.um.edu.ar
Scott, R.: “Linear Circuits”, Addison-Wesley Publishing Co., 1960.
Van Walkenberg: “Análisis de Redes”, Limusa.,1994
8. ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN, EXTENSIÓN Y/O PRODUCCIÓN DE LA
CÁTEDRA
Se están terminando los apuntes de la cátedra, incluyendo material teórico y práctico. Este material
no sólo se distribuye a los alumnos en forma impresa, sino en CD y estará a disposición vía página
web de la universidad. En esta misma página se encuentran las guías prácticas, exámenes
parciales y finales, bibliografía de referencia, antecedentes de la cátedra y toda otra
documentación de ayuda y orientación a los alumnos.
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Los Apuntes de clases de ANÁLISIS DE CIRCUITO se estructura en seis capítulos y cinco
prácticos; con más de 150 páginas y 100 figuras. Incluye todo el programa teórico y práctico de la
asignatura.
9. MAPA EXPLORATORIO
Circuitos
lineales
2B
Mallas y nodos
Pspice
Propiedades
y leyes
Dipolos
Circuitos
eléctricos
Thévenin
Norton
Análisis y
respuesta
Cuadripolos
Circuito T
Circuito Π
C. Polifásicos
Monofásicos
Trifásicos
Dominio
tiempo
del
Dominio de la
frecuencia
Inductores, circ.
acoplados y
Transformad.
Circuitos con
corriente alterna
Circuitos con
almacenamiento
de energía
Potencia en
corriente alterna
Análisis de
transitorios
Serie e integral
de Fourier
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Excitaciones
arbitrarias
Integral de
convolución
Integral de
Laplace
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10. INSERCIÓN ACADÉMICA EN LA CARRERA
10.1
PERFIL DEL INGENIERO ELECTRÓNICO
La Ordenanza 1077 /2005 del Consejo Superior de la Universidad tecnológica nacional, define
al Ingeniero Electrónico de la siguiente manera.
Es un profesional formado y capacitado para afrontar con solvencia el planeamiento, desarrollo,
dirección y control de sistemas electrónicos. Por su preparación resulta especialmente apto
para integrar la información proveniente de distintos campos disciplinarios concurrentes a un
proyecto común. Está capacitado para abordar proyectos de investigación y desarrollo,
integrando a tal efecto equipos interdisciplinarios, en cooperación, o asumiendo el liderazgo
efectivo en la coordinación técnica y metodológica de los mismos. Por su sólida formación físico
matemática está preparado para generar tecnología, resolviendo problemas inéditos en la
industria. Su formación integral le permite administrar recursos humanos, físicos y de aplicación,
que intervienen en el desarrollo de proyectos, que lo habilitan para el desempeño de funciones
gerenciales acordes con su especialidad. La formación recibida le permite desarrollar
estrategias de autoaprendizaje, mediante las cuales orientará acciones de actualización
continua. La preparación integral recibidas en materias técnicas y humanísticas lo ubican en
una posición relevante en un medio donde la sociedad demandará cada vez más del ingeniero
un compromiso y responsabilidad en su quehacer profesional.
10.1.1 Actividades Profesionales Reservadas al Título de Ingeniero Electrónico
A) Proyectar, planificar, diseñar, el estudio de factibilidad, dirección, construcción, instalación,
programación, operación, ensayo, medición, mantenimiento, reparación, reforma,
transformación, puesta en funcionamiento e inspección de:
1. Sistemas, subsistemas, equipos, componentes, partes y piezas de generación,
transmisión, recepción, distribución, conversión, control, medición, automatización,
registro, reproducción procesamiento y/o utilización de señales de cualquier contenido,
aplicación y/o naturaleza, ya sea eléctrica, electromagnética, óptica, acústica, o de otro
tipo, en todas las frecuencias y potencias.
2. Sistemas, subsistemas, equipos, componentes, partes de sistemas irradiantes o de
otros medios de enlace para comunicaciones, incluidos los satélites y/o de aplicación
espacial en todas las frecuencias y potencias.
3. Sistemas, subsistemas, equipos, componentes, partes, y piezas (Hardware), de
procesamiento electrónico de datos en todas sus aplicaciones incluyendo su
programación (Software) asociada.
4. Sistemas, subsistemas, equipos, componentes, partes, y piezas que impliquen
electrónica, de navegación, o señalización o cualquier otra aplicación al movimiento de
vehículos terrestres, aéreos, marítimos o de cualquier otro tipo.
5. Sistemas, subsistemas, equipos, componentes, partes y piezas de control o
automatización electrónica para cualquier aplicación y potencia.
6. Instalaciones que utilicen energía como accesorio de lo detallado en los incisos
anteriores.
7. Laboratorios de todo tipo relacionados con los incisos anteriores, excepto obras civiles.
B) Estudios, tareas, asesoramientos relacionados con:
1. Asuntos de Ingeniería Legal, Económica, Financiera relacionados con los incisos
anteriores.
2. Arbitrajes, pericias y tasaciones relacionadas con los incisos anteriores.
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3. Higiene, seguridad industrial y contaminación ambiental relacionados con los incisos
anteriores.
C) Salida Laboral
Las actividades detalladas en el apartado anterior podrán desarrollarse en empresas,
universidades y centros de investigación, en el sector público o privado, en relación de
dependencia o en forma autónoma. Una de las características básicas de los alumnos
de la UTN, en todos los tiempos, es que trabaja en la especialidad. Asimismo en la
actualidad un buen porcentaje de ellos no cumple con este requisito por lo que se
propone una salida laboral rápida que los beneficie a ellos y a quienes lo incorporen.
10.2 TEMAS BÁSICOS DE LA ESPECIALIDAD y PLAN DE ESTUDIO
Los siguientes temas comprenden los conocimientos básicos sobre los que se fundamenta el
desarrollo de la Ingeniería Electrónica. Incluyen el estudio de:
-
Principios de funcionamiento de los componentes electrónicos.
Herramientas matemáticas para el estudio de sistemas con variable discreta.
Informática.
Análisis y síntesis de circuitos y sistemas.
Principios de propagación y radiación electromagnéticas.
10.2.1 Organización por Áreas
La organización del Plan de Estudio (o de la carrera) por áreas, permite ordenar la cátedra en
campos epistemológicos del saber; su organización depende únicamente de un criterio
científico que marca los límites.
La asignatura Teoría de los circuitos, pertenece al Área de “Teoría de los Circuitos” que la
integran al menos Teoría de los Circuitos I, Teoría de los Circuitos II, Análisis de Señales, y
eventualmente también Dispositivos Electrónicos.
El objetivo del área es:
•
•
•
Adquirir las herramientas matemáticas para el análisis y síntesis de circuitos y sistemas.
Analizar el comportamiento electrónico de componentes pasivos.
Adquirir y aplicar la capacidad para obtener modelos de circuitos y sistemas, como así
también para el diseño de filtros electrónicos.
10.2.2 Materias Integradoras
Por otra parte el Plan de Estudio define un grupo de materias integradoras con el objeto de
agrupar conocimientos y habilidades vertical e integralmente. Como se ve en la siguiente Tabla,
Teoría de los Circuitos I está definida como Integradora del Tercer Nivel.
Las asignaturas integradoras son las siguientes:
Primer Nivel
Informática I
Segundo Nivel
Informática II
Tercer Nivel
Teoría de Circuitos I
Cuarto Nivel
Electrónica Aplicada I
Quinto Nivel
Medidas Electrónicas II
Sexto Nivel
Proyecto Final
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10.3
ANÁLISIS VERTICAL Y HORIZONTAL
De los contenidos básicos de esta asignatura, se desprende el carácter de materia básica en la
formación de conocimientos y habilidades requeridas en el perfil profesional y sus incumbencias
profesionales, que se desprende del análisis de la Ordenanza 1077 y del plan de Estudio
vigente. Como se aprecia del siguiente cuadro, Teoría de los Circuitos I, está fuertemente ligada
vertical como horizontalmente.
Del Análisis Vertical podemos distinguir Asignaturas anteriores y posteriores.
A) Anteriores, es decir aquellas asignaturas en las Teoría de los Circuitos I exige su aprobación
o regularización previa:
I) Regular: Física II,
II) Aprobadas: Análisis Matemático I, Análisis Matemático II Física I
B) Posteriores. Aquellas asignaturas que requieren que Teoría de los Circuitos I esté en forma
regular o aprobada:
I) Regular: Medidas Electrónicas I, Teoría de los Circuitos II, Máquinas e
Instalaciones Eléctricas y Electrónica Aplicada II.
II) Aprobada: Medidas Electrónicas II, Sistemas de Control, Electrónica
Aplicada III, Tecnología Electrónica, Electrónica de Potencia.
C)Horizontales: Asignaturas del mismo Nivel: Dispositivos Electrónicos y Electrónica Aplicada I
Entonces, se aprecia que el Plan de Estudio considera que Teoría de los Circuitos es una
Asignatura que brinda conocimientos básicos, articulándose fuertemente, horizontal y
verticalmente con casi todas las asignaturas y saberes de la Carrera del Ingeniero Electrónico.
Prof. Dr. Ing. S. Enrique Puliafito
epuliafito@frm.utn.edu.ar
29 de abril de 2008
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