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Ingeniería eléctrica
Curso: Ingeniería eléctrica > Unidad 2
Lección 3: Análisis de circuitos de corriente directa- Resumen del análisis de circuitos
- La ley de la corriente de Kirchhoff
- La ley del voltaje de Kirchhoff
- Las leyes de Kirchhoff
- Etiquetar voltajes
- Aplicación de las leyes fundamentales (preparación)
- Aplicación de las leyes fundamentales (solución)
- Aplicación de las leyes fundamentales
- El método del voltaje en los nodos (pasos 1 a 4)
- El método del voltaje en los nodos (paso 5)
- El método del voltaje en los nodos
- El método de la corriente de malla (pasos 1 a 3)
- El método de la corriente de malla (paso 4)
- El método de la corriente de malla
- El método de la corriente de lazo
- Número de ecuaciones necesarias
- Linealidad
- Superposición
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Resumen del análisis de circuitos
La estrategia general para el análisis de circuitos es crear y resolver un sistema de ecuaciones independientes. Escrito por Willy McAllister.
Hacer el análisis de un circuito, o resolverlo, significa determinar el voltaje y la corriente en cada uno de sus elementos. Este artículo proporciona un resumen del análisis de circuitos, así como algo de contexto sobre las diversas herramientas y métodos que utilizamos para este fin.
Las herramientas
- Ecuaciones para cada elemento del circuito (ley de Ohm, etcétera).
- Esquemas (cables, nodos, ramas, lazos y mallas).
- Simplificación de arreglos de resistores en serie y en paralelo.
- Leyes de Kirchhoff para corriente y voltaje.
La estrategia general
Después de simplificar un circuito tanto como sea posible, todos los métodos de análisis son alguna versión de la siguiente estrategia:
- Crea un conjunto de ecuaciones independientes basadas en los elementos y conexiones del circuito.
- Resuelve el sistema de ecuaciones simultáneas para las variables independientes (voltajes o corrientes); a menudo esto implica el uso de técnicas de álgebra lineal.
- Despeja los voltajes y las corrientes faltantes en cada elemento del circuito.
Los métodos
Existen tres métodos populares de análisis de circuitos. Los tres producen la misma respuesta.
- La aplicación directa de las leyes fundamentales (ley de Ohm y ley de Kirchhoff).
- El método del voltaje en los nodos.
- El método de la corriente de malla y su pariente cercano, el método de la corriente de lazo.
El primer método, la aplicación directa de las leyes fundamentales, es rápido y funciona muy bien para circuitos simples. No es particularmente eficiente si en términos de la cantidad total de trabajo requerido, que va cobrando importancia a medida que los circuitos se vuelven más complicados.
Los ingenieros han ideado dos elegantes maneras de organizar y agilizar el análisis del circuito: el método del voltaje en los nodos y el método de la corriente de malla. Estos no son otra cosa que recetas generales para resolver un circuito paso a paso. Ambos métodos buscan reducir al mínimo el número de ecuaciones simultáneas. Esta eficiencia tiene un gran impacto a medida que la complejidad del circuito aumenta (más y más nodos y ramas). El método de la corriente de lazo es un pariente cercano del método de la corriente de malla, y se usa en determinados casos especiales, tal como se describe en ese artículo.
A medida que estudiamos los métodos de análisis de circuitos, nuestros ejemplos consisten únicamente de resistores y fuentes ideales de voltaje o corriente. Esto mantiene las matemáticas relativamente simples y nos permite concentrarnos en las estrategias para resolverlos.
Una nota final: descomposición de problemas
El análisis de circuitos complicados puede ser un proceso arduo. Una importante habilidad ingenieril es el aprender a descomponer problemas complejos en varios más simples. Obtener la solución por descomposición puede parecer un proceso lento al comienzo, y puedes sentirse impaciente. Sin embargo, partir un problema en pasos más pequeños es el corazón del arte de la ingeniería. Los métodos multipasos de análisis de circuitos que se presentan a continuación son buenos ejemplos del enfoque de la ingeniería para resolver problemas.
Epílogo - simulación de circuitos por computadora
La aplicación start text, S, P, I, C, E, end text de simulación de circuitos y muchos programas de simulación similares están disponibles para los ingenieros profesionales, los estudiantes y para cualquier persona interesada en el tema (término de búsqueda: simulador de circuitos). La simulación por computadora se usa con frecuencia para resolver aun circuitos de complejidad modesta.
Si puedo solucionar un circuito con una simulación, ¿por qué necesito aprender estos métodos de análisis de circuitos?
Es importante aprender cómo analizar los circuitos a mano. Conocer estas técnicas simplifica el trabajo en circuitos simples. Mejor aún, este conocimiento profundiza tu visión de cómo funciona un circuito, lo que no logras si le pides la respuesta a una computadora. Cuando aprendes a hacer análisis del circuitos, desarrollas tu capacidad para mirar un esquema y "ver" en tu mente como trabaja el circuito.
Estudiar análisis de circuitos también te ayudará a tratar con las limitaciones y peculiaridades propias de los programas de simulación.
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