Este documento presenta una introducción a la teoría de circuitos. Explica conceptos básicos como circuitos, variables eléctricas, dominios del tiempo y la frecuencia, y tipos de corriente y respuesta del circuito. También define elementos pasivos como resistencias, condensadores e inductores y cómo se conectan en serie y paralelo. Finalmente, introduce nociones fundamentales de electrotecnia como corriente eléctrica, potencial eléctrico, resistividad y capacidad eléctrica.

1. TEORÍA DE CIRCUITOS
INTRODUCCIÓN_A
Jorge Luis Jaramillo
PIET UTPL septiembre 2012

2. Créditos
Esta presentación fue preparada estrictamente como material de apoyo a la jornada presencial
del curso de Teoría de Circuitos, del programa de Ingeniería en Electrónica y
Telecomunicaciones que se imparte en el Universidad Técnica Particular de Loja.
La secuencia de contenidos corresponde al plan docente de la asignatura, y, para la elaboración
se han utilizado aportes propios del docente, y, una serie de materiales y recursos disponibles
gratuitamente en la web.

3. Introducción
•Sobre la teoría de circuitos
•Generalidades
•Nociones de electrotecnia
•Discusión y análisis

4. Introducción
•Sobre la teoría de circuitos

5. Sobre la teoría de circuitos
La teoría de circuitos y el electromagnetismo han heredado a las ingenierías
eléctrica y electrónica, la metodología y el lenguaje técnico.
La teoría de circuitos describe los procesos de transformación de energía en un
circuito eléctrico (provisión disipación, almacenamiento, etc.), aplicando una
serie de leyes de origen experimental, explicadas a través de la idealización:
• Parámetros no distribuidos
• cables ideales
• fuentes ideales de tensión o de corriente.
Desde una perspectiva operativa, la teoría de circuitos resuelve dos tareas
complementarias: el análisis, y, la síntesis.

6. Introducción
•Generalidades

7. Generalidades
• Dominio del tiempo (time domain)
• Dominio de la frecuencia (frequency
domain, fourier domain)
• Respuesta del circuito (circuit
response)
• Régimen establecido (steady state)
• Respuesta transitoria (transient response)
Terminología

8. Generalidades
Variables y unidades

9. Generalidades
• Circuito, también conocido como red, es una colección de elementos y cables
(conductores).
• Los conductores ideales tienen una resistencia eléctrica nula, no poseen
capacitancia ni inductancia. Como consecuencia, tienen un ancho de banda
infinito y son inmunes a las interferencias.
Fundamentos de circuitos

10. Introducción
•Nociones de electrotecnia

11. Nociones de electrotecnia
La fuerza de atracción entre el núcleo del átomo y los
electrones, decrece a medida de que aumenta la
distancia desde el núcleo.
Los electrones de las últimas capas se pueden perder
fácilmente, con lo que el átomo se transforma en un
ión positivo o cation.
También puede ocurrir que las últimas capas de un
átomo adquieran un mayor número de electrones, con
lo que el átomo se transforma en un ión negativo o
anion.
Los electrones de la orbita más externa se denominan
electrones de valencia. A ellos se debe la capacidad del
átomo de recombinarse y formar moléculas. En estas
moléculas se comparten uno o mas electrones de la
ultima capa de cada átomo. Los electrones
compartidos constituyen el enlace covalente.
Comportamiento de los electrones externos del átomo

12. Nociones de electrotecnia
Energía Mientras más distante se encuentre el electrón del núcleo, mayor
es el estado de energía, y cualquier electrón que haya dejado a su
átomo, tiene un estado de energía mayor que cualquier electrón
Banda de conducción
en la estructura atómica.
Banda prohibida
Banda de valencia
Energía Electrones Energía Energía
libres para
Banda de conducción establecer la Banda de conducción Banda de conducción
Las bandas
conducción
se traslapan
Eg Banda de valencia
Banda prohibida
Eg > 5 eV
Banda de valencia Conductor
Banda prohibida Electrones
de valencia
1 eV = 1,6 x 10-19 J
unidos a la
Banda de valencia estructura Eg = 1,1 eV (Si)
atómica
Dieléctrico Eg = 0,67 eV (Ge)
Eg = 1,41 eV (GaAs) Niveles energéticos del átomo

13. Nociones de electrotecnia
La conducción de la electricidad depende del número
de electrones libres por unidad de volumen en cada
cuerpo
En los átomos de los conductores no todos los
electrones forman parte del enlace. Algunos
electrones están débilmente ligados al átomo por lo
que pueden pasar fácilmente de un átomo a otro, a + + + +
través de los espacios libres de la red. A estos
electrones se les da el nombre de electrones
libres, y, son la causa de que los metales sean buenos + + + +
conductores de calor y de electricidad.
+ + + +
Los dieléctricos, al contrario que los conductores, no
disponen de electrones libres, debido a que necesitan
de todos los electrones de valencia.
Los semiconductores se convierten, en determinadas
condiciones, en conductores.
Electrones libres y conductividad

14. Nociones de electrotecnia
Se denomina corriente eléctrica al movimiento
dirigido de electrones libres a través del circuito
cerrado de un conductor, alimentado por una fuente
de fem.
La intensidad de la corriente eléctrica, por su
Átomos parte, depende del número de electrones que atraviesa
la sección transversal del conductor, en un tiempo
Electrones determinado.
Ya que todos los electrones tienen la misma carga, la
fuerza de repulsión entre ellos es igual. Por lo
tanto, existe la misma separación entre ellos durante
su movimiento.
Corriente eléctrica
Corriente eléctrica

15. Nociones de electrotecnia
Sin conocer que la causa de la corriente eléctrica eran los electrones libres, Faraday eligió como sentido de
la corriente, el que va desde la polaridad positiva (más) hacia la polaridad negativa (menos) del
generador. Esta dirección se conoce como dirección técnica de la corriente eléctrica y es contraria a la
dirección natural de la corriente eléctrica.
+
Fuente de G carga
alimentación
-
Movimiento de los electrones
Sentido de la corriente
Dirección técnica de la corriente eléctrica

16. Nociones de electrotecnia
Alrededor de una carga, ubicada en una región del
espacio, se crea una zona de influencia llamada
campo eléctrico.
El campo eléctrico se pone de manifiesto con la
presencia de una segunda carga, al aparecer fuerzas
de atracción o repulsión entre las cargas.
La presencia de las dos cargas afecta la región del
espacio. Para describir el campo eléctrico existente se
calcula la energía potencial de cada carga, con
respecto a la carga de unidad positiva. Este concepto
se conoce como potencial eléctrico, y, se simboliza
por la letra V.
Potencial eléctrico y diferencia de potencial

17. Nociones de electrotecnia
Sea el campo eléctrico de la carga +q, situada en el
punto 0 en la figura mostrada. Para calcular la
diferencia de potencial eléctrico (o tensión) entre los
puntos A y B, se sitúa una carga de prueba +q0 (+q0 <
V +q ) en A, y, la movemos uniformemente hasta
B, midiendo el trabajo realizado (TAB). Entonces, la
diferencia de potencial eléctrico se define como:
VA
VB
A B
0 El trabajo TAB puede ser positivo, negativo, o, nulo. En
+q +q0 r cada caso, el potencial eléctrico de B es
mayor, menor, o, igual que el potencial de A.
Potencial eléctrico y diferencia de potencial

18. Nociones de electrotecnia
Si el punto A es un punto alejado (situado en el infinito), entonces el potencial de A tiende a
cero, lo que permite definir el potencial en un punto como:
O, lo que es lo mismo:
La unidad del potencial eléctrico es el voltio, V, en honor de Volta, y, se expresa como
Joule/Coulomb.
Potencial eléctrico y diferencia de potencial

19. Nociones de electrotecnia
I
Si la tensión (voltaje) a la salida del generador es o no constante,
tanto en valor como en sentido, en un circuito cerrado podrá
aparecer una de tres tipos de corriente: I
• Continua
• Alterna
• Mixta
I t
La corriente continua, es una corriente eléctrica que circula siempre Im
en el mismo sentido y con la misma intensidad. áx
t
La corriente alterna, es aquella que cambia periódicamente de
sentido e intensidad. - f
1
T
Imáx
La corriente mixta es el resultado de la superposición de corriente I
continua y corriente alterna.
t
.
Clases de corriente eléctrica

20. Nociones de electrotecnia
El funcionamiento de un circuito eléctrico, puede aproximarse al
funcionamiento de un sistema hidráulico, mucho más intuitivo.
La explicación para esta analogía radica en la naturaleza “fluido” del agua y de
la corriente eléctrica.
.
Analogía hidráulica del funcionamiento de un circuito

21. Nociones de electrotecnia
Los elementos pasivos de un circuito (resistencias, inductancias y capacitancias), absorben o almacenan la
energía procedente de la fuente, y, están definidos por la forma en que el voltaje y la corriente se
relacionan con el elemento.
.
Elementos pasivos de un circuito

22. Nociones de electrotecnia
Se conoce como resistencia eléctrica R, a la dificultad que presentan los distintos
materiales, al paso de la corriente eléctrica, en función de su estructura y de su
constitución. En el SI, la unidad para la resistencia es el ohmio ( ).
La resistencia eléctrica también se presenta como la magnitud inversa a la
conductancia:
Se conoce como resistividad ρ, al factor que hace que cada material presente una
resistencia distinta, para iguales dimensiones físicas (longitud y sección). La
resistividad es constante para cada material.
Resistencia eléctrica

23. Nociones de electrotecnia
La resistencia y la resistividad están
ligadas por la expresión:
Se conoce como conductividad σ , al
factor relacionado con la facilidad con la
que los electrones libres se mueven a
través del material.
La resistencia y la conductividad, están
ligadas por la expresión:
Resistencia eléctrica

24. Nociones de electrotecnia
La resistencia eléctrica “reside” en el resistor. R1 R2 R3
A B
Los resistores se unen en los circuitos en dos
configuraciones: en serie, y, en paralelo.
Req R1 R2 R3
En una configuración en serie, los resistores
pueden ser “reemplazados” por un único
equivalente, cuya resistencia equivale a la Req
A B
suma de la resistencia de cada uno de los
resistores.
R1
En una configuración en paralelo, los
resistores pueden ser “reemplazados” por un
único equivalente, cuya conductancia A R2 B
equivale a la suma de la conductancia de
cada uno de los resistores.
R3
1 1 1 1
Req R1 R2 R3
Resistencia eléctrica

25. Nociones de electrotecnia
armaduras Se conoce como condensador a un componente
diseñado para almacenar electricidad sobre una
superficie pequeña.
dieléctrico
Se define como capacidad eléctrica de un
condensador al cociente entre la carga de una de
las armaduras y la tensión o diferencia de
Q potencial que existe entre las mismas. En el SI, la
C
V capacidad eléctrica se mide en faradios (F).
Para el caso de un condensador plano, se
cumple que:
Unidades: A
C ε
1 [ F] (microfaradio)= 10-6 F d
En dónde,
1 [nF] (nanofaradio) = 10-9 F C, es la capacidad, F
1 [pF] (picofaradio) = 10-12 F ε, es la permitividad del dieléctrico
A, es la superficie enfrentada de las armaduras,
m2
d, es el espesor del dieléctrico, m
Capacidad eléctrica

26. Nociones de electrotecnia
Los condensadores se unen en los circuitos C1 C2 C3
A B
en dos configuraciones: en serie, y, en
paralelo.
1 1 1 1
En una configuración en serie, los Ceq C1 C2 C3
condensadores pueden ser “reemplazados”
por un único equivalente. La inversa a la
capacidad de este condensador equivale a la
suma de las inversas de las capacidades de Ceq
A B
cada uno de los condensadores.
En una configuración en paralelo, los C1
condensadores pueden ser “reemplazados”
por un único equivalente, cuya capacidad C2
equivale a la suma de la capacidad de cada A B
uno de los condensadores. C3
Ceq C1 C2 C3
Capacidad eléctrica

27. Nociones de electrotecnia
Un inductor o bobina es un componente pasivo
de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno
de la autoinducción, almacena energía en forma
de campo magnético.
En una bobina, se define como inductancia L, a
la relación entre el flujo magnético Ф y la
intensidad de corriente eléctrica I. En el SI, la
inductancia se mide en henrios (H):
1 H = 1[Wb/A]
Inductancia

28. Nociones de electrotecnia
Las bobinas se unen en los circuitos en dos A L1 L2 L3 B
configuraciones: en serie, y, en paralelo.
En una configuración en serie, las bobinas Leq L1 L2 L3
pueden ser “reemplazadas” por una única
equivalente, cuya inductancia equivale a la
suma de las inductancias de cada una de las
bobinas. A Leq B
En una configuración en paralelo, las bobinas
pueden ser “reemplazadas” por una única L1
equivalente. La inversa de la inductancia de
esta bobina equivale a la suma de las inversas L2
de las inductancias de cada una de las A B
bobinas.
L3
1 1 1 1
Leq L1 L2 L3
Inductancia

29. Nociones de electrotecnia
Los elementos activos de los circuitos, son fuentes
+ de voltaje o corriente, capaces de suministrar
V energía a la red eléctrica.
-
Las fuentes de tensión ideales, son aquellas que
proporcionan entre sus terminales una tensión
+ definida por una determinada
V ley, independientemente del circuito al que están
conectadas.
Las fuentes de corriente ideales, son aquellas que
proporcionan entre sus terminales una corriente
I definida por una determinada
ley, independientemente del circuito al que están
conectadas.
Elementos activos de los circuitos

30. Nociones de electrotecnia
Las fuentes de tensión se configuran en serie, caso en el cual
son “reemplazadas” por una fuente equivalente cuya
tensión es igual a la suma de las tensiones de cada una de las
fuentes.
Las fuentes de corriente se configuran en paralelo, caso en el
cual son “reemplazadas” por una fuente equivalente cuya
corriente es igual a la suma de las corrientes de cada una de
las fuentes.
Si una fuente de tensión y una de corriente, se configuran en
paralelo, pueden ser reemplazadas por una fuente de
tensión.
Si una fuente de tensión y una de corriente, se configuran en
serie, pueden ser reemplazadas por una fuente de corriente.
Elementos activos de los circuitos

31. Nociones de electrotecnia
Si el valor de la tensión o de la intensidad de corriente de
una fuente de tensión o de corriente, depende de la
intensidad o de la corriente en algún punto específico del
circuito, entonces nos referimos a fuentes dependientes.
La simbología utilizada para representar fuentes
dependientes, coincide con la simbología empleada para
fuentes no dependientes, acompañada de la expresión
matemática que define la dependencia de la tensión o de la
corriente.
Elementos activos de los circuitos

32. Nociones de electrotecnia
En la práctica, tanto las fuentes de tensión como de corriente distan mucho del
concepto ideal, y, varían su resistencia interna en función del desgaste
Elementos activos de los circuitos

33. Nociones de electrotecnia
Las ondas eléctricas pueden ser
aperiódicas y periódicas.
Entre las ondas
aperiódicas, registramos la función
rampa, la función escalón, la función
impulso unitario, entre otras.
.
Ondas eléctricas

34. Nociones de electrotecnia
Las ondas periódicas se caracterizan por
parámetros como el valor instantáneo, el
valor de pico o de cresta, valor de pico a
pico, valor medio, valor eficaz, factor de
cresta (FC), factor de rizado (r), factor de
forma (F)
.
Ondas eléctricas

35. Nociones de electrotenia
Caracterizar la siguiente función periódica:
Imagen tomada del sitio web de la
Biblioteca de la Universidad de la Rioja Ondas eléctricas

36. Nociones de electrotecnia
Principales magnitudes

37. DISCUSIÓN Y ANÁLISIS