Análisis de circuitos.

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Contenido
Prefacio
Al estudiante
Agradecimientos
Acerca de los autores
Parte IV Conceptos fundamentales de corriente alterna
Capítulo 15 Fundamentos de corriente alterna (ca)
TÉRMINOS CLAVE
CONTENIDO
OBJETIVOS
PERSPECTIVA GENERAL DEL CAPÍTULO
En perspectiva
Thomas Alva Edison
15.1 Introducción
Voltaje de ca sinusoidal
Símbolo para una fuente de voltaje de ca
Corriente de ca sinusoidal
15.2 Generación de voltajes de ca
Escalas de tiempo
Valor instantáneo
Generadores electrónicos de funciones
15.3 Convenciones de voltaje y corriente de ca
15.4 Frecuencia, periodo, amplitud y valor pico
Frecuencia
Periodo
Amplitud y valor pico a pico
Valor pico
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 1
15.5 Relaciones angular y gráfica para las ondas seno
Ecuación básica de la onda seno
Velocidad angular, 
Medición en radianes
Gráficas de las ondas seno
15.6 Voltajes y corrientes como funciones del tiempo
Relación entre , T y f
Voltajes y corrientes sinusoidales como funciones del tiempo
Determinación de cuándo ocurre un valor específico
Voltajes y corrientes con desplazamientos de fase
15.7 Introducción a los fasores
Ondas seno desplazadas
Diferencia de fase
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 2
15.8 Formas de onda de ca y valor promedio
Valores promedio
Promedio en términos del área bajo la curva
Promedios de la onda seno
Métodos numéricos
Superposición de ca y cd
15.9 Valores efectivos (RMS)
¿Qué es un valor efectivo?
Valores efectivos para las ondas seno
Ecuación general para los valores efectivos
Valores RMS
Eliminación de la notación ef y rms
15.10 Tasa de cambio de una onda seno (derivada)
15.11 Medición de voltaje y corriente de ca
Medidores para voltaje y corriente
Medidores que responden al promedio
Medición de rms verdadero
Conexión de medidores de ca para medir voltaje y corriente
Osciloscopios
Consideraciones en los medidores de frecuencia
15.12 Análisis de circuitos por computadora
Multisim
PSpice
Problemas
15.1 Introducción
15.2 Generación de voltajes de ca
15.3 Convenciones de voltaje y corriente de ca
15.4 Frecuencia, periodo, amplitud y valor pico
15.5 Relaciones angular y gráfica para las ondas seno
15.6 Voltajes y corrientes como funciones del tiempo
15.7 Introducción a los fasores
15.8 Formas de onda de ca y valor promedio
15.9 Valores efectivos (rms)
15.11 Medición de voltaje y corriente de ca
15.12 Análisis de circuitos por computadora
RESPUESTAS DE LOS PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE
Capítulo 16 Elementos R, L y C, y el concepto de impedancia
TÉRMINOS CLAVE
CONTENIDO
OBJETIVOS
PERSPECTIVA GENERAL DEL CAPÍTULO
En perspectiva
Charles Proteus Steinmetz
16.1 Repaso de números complejos
Representación geométrica
Conversión entre las formas rectangular y polar
Potencias de j
Suma y resta de números complejos
Multiplicación y división de números complejos
Recíprocos
Conjugados complejos
Calculadoras para el análisis de ca
16.2 Números complejos en análisis de ca
Representación de voltajes y corrientes de ca mediante números complejos
Relaciones de los circuitos en el dominio de los fasores
Suma de voltajes y corrientes de ca
Representación de fasores como valores RMS
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 1
16.3 Circuitos R, L y C con excitación sinusoidal
16.4 Resistencia y ca sinusoidal
16.5 Inductancia y ca sinusoidal
Fase en atraso en un circuito inductivo
Reactancia inductiva
Variación de la reactancia inductiva con la frecuencia
16.6 Capacitancia y ca sinusoidal
Adelanto de fase en un circuito capacitivo
Reactancia capacitiva
Variación de la reactancia capacitiva con la frecuencia
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 2
16.7 Concepto de impedancia
Impedancia
Resistencia
Inductancia
Capacitancia
Una mirada a temas posteriores
16.8 Análisis de circuitos de ca por computadora
Multisim
PSpice
Otro ejemplo
Análisis fasorial
Problemas
16-1 Repaso de números complejos
16.2 Números complejos en análisis de ca
16.4 a 16.6
16.7 Concepto de impedancia
16.8 Análisis de circuitos de ca por computadora
RESPUESTAS DE LOS PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE
Capítulo 17 Potencia en circuitos de ca
TÉRMINOS CLAVE
CONTENIDO
OBJETIVOS
PERSPECTIVA GENERAL DEL CAPÍTULO
En perspectiva
Henry Cavendish
17.1 Introducción
Potencia activa
Potencia reactiva
17.2 Potencia hacia una carga resistiva
Potencia promedio
17.3 Potencia hacia una carga inductiva
17.4 Potencia hacia una carga capacitiva
17.5 Potencia en circuitos más complejos
17.6 Potencia aparente
17.7 La relación entre P, Q y S
El triángulo de potencias
Ecuaciones de potencia real y reactiva
17.8 Factor de potencia
Factor de potencia unitario, en atraso y en adelanto
Por qué el equipo se especifica en VA
Corrección del factor de potencia
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 1
17.9 Medición de potencia de ca
17.10 Resistencia efectiva
Corrientes parásitas e histéresis
Efecto superficial
Resistencia de radiación
17.11 Relaciones de energía para ca
Inductancia
Capacitancia
17.12 Análisis de circuitos por computadora
Problemas
17.1-17.5
17.7 La relación entre P, Q y S
17.8 Factor de potencia
17.9 Medición de potencia de ca
17.10 Resistencia efectiva
17.12 Análisis de circuitos por computadora
RESPUESTAS DE LOS PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE
Parte V Redes de impedancia
Capítulo 18 Circuitos en serie-paralelo de ca
TÉRMINOS CLAVE
CONTENIDO
OBJETIVOS
PERSPECTIVA GENERAL DEL CAPÍTULO
En perspectiva
Heinrich Rudolph Hertz
18.1 Ley de Ohm para circuitos de ca
Resistores
Inductores
Capacitores
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 1
18.2 Circuitos en serie de ca
18.3 Ley de voltaje de Kirchhoff y la regla del divisor de voltaje
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 2
18.4 Circuitos en paralelo de ca
Dos impedancias en paralelo
Tres impedancias en paralelo
18.5 Ley de corriente de Kirchhoff y la regla del divisor de corriente
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 3
18.6 Circuitos en serie-paralelo
18.7 Efectos de la frecuencia
Circuitos RC
Circuitos RL
Circuitos RLC
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 4
18.8 Aplicaciones
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 5
18.9 Análisis de circuitos por computadora
Multisim
PSpice
EN LA PRÁCTICA
Problemas
18.1 Ley de Ohm para circuitos de ca
18.2 Circuitos en serie de ca
18.3 Ley de voltaje de Kirchhoff y la regla del divisor de voltaje
18.4 Circuitos en paralelo de ca
18.5 Ley de corriente de Kirchhoff y regla del divisor de corriente
18.6 Circuitos en serie-paralelo
18.7 Efectos de la frecuencia
18.8 Aplicaciones
18.9 Análisis de circuitos por computadora
RESPUESTAS DE LOS PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE
Capítulo 19 Métodos de análisis de ca
TÉRMINOS CLAVE
CONTENIDO
OBJETIVOS
PERSPECTIVA GENERAL DEL CAPÍTULO
En perspectiva
Hermann Ludwig Ferdinand Helmholtz
19.1 Fuentes dependientes
19.2 Conversión de fuentes
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 1
19.3 Análisis de mallas (lazos)
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 2
19.4 Análisis de nodos
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 3
19.5 Conversiones delta en Y y Y en delta
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 4
19.6 Redes de puente
Puente de Maxwell
Puente de Hay
Puente de Schering
19.7 Análisisde circuitos porcomputadora
PSpice
EN LA PRÁCTICA
Problemas
19.1 Fuentes dependientes
19.2 Conversión de fuentes
19.3 Análisis de mallas (lazos)
19.4 Análisis de nodos
19.5 Conversiones delta en Y y Y en delta
19.6 Redes de puente
19.7 Análisis de circuitos por computadora
RESPUESTAS DE LOS PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE
Capítulo 20 Teoremas de redes de ca
TÉRMINOS CLAVE
CONTENIDO
OBJETIVOS
PERSPECTIVA GENERAL DEL CAPÍTULO
En perspectiva
William Bradford Shockley
20.1 Teorema de superposición. Fuentes independientes
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 1
20.2 Teorema de superposición. Fuentes dependientes
20.3 Teorema de Thévenin. Fuentes independientes
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 2
20.4 Teorema de Norton. Fuentes independientes
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 3
20.5 Teoremas de Thévenin y Norton para fuentes dependientes
20.6 Teorema de máxima transferencia de potencia
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 4
20.7 Análisis de circuitos por computadora
PSpice
Multisim
EN LA PRÁCTICA
Problemas
20.1 Teorema de superposición. Fuentes independientes
20.2 Teorema de superposición. Fuentes dependientes
20.3 Teorema de Thévenin. Fuentes independientes
20.4 Teorema de Norton. Fuentes independientes
20.5 Teoremas de Thévenin y Norton para fuentes dependientes
20.6 Teorema de máxima transferencia de potencia
20.7 Análisis de circuitos por computadora
RESPUESTAS DE LOS PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE
Capítulo 21 Resonancia
TÉRMINOS CLAVE
CONTENIDO
OBJETIVOS
PERSPECTIVA GENERAL DEL CAPÍTULO
En perspectiva
Edwin Howard Armstrong. Recepción de radio
21.1 Resonancia en serie
21.2 Factor de calidad, Q
21.3 Impedancia de un circuito resonante en serie
21.4 Potencia, ancho de banda y selectividad de un circuito resonante en serie
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 1
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 2
21.5 Conversión serie-paralelo RL y RC
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 3
21.6 Resonancia en paralelo
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 4
21.7 Análisis de circuitos por computadora
PSpice
En la práctica
Problemas
21.1 Resonancia en serie
21.2 Factor de calidad, Q
21.3 Impedancia de un circuito resonante en serie
21.4 Potencia, ancho de banda y selectividad de un circuito resonante en serie
21.5 Conversión serie-paralelo RL y RC
21.6 Resonancia en paralelo
21.7 Análisis de circuitos por computadora
RESPUESTAS DE LOS PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE
Capítulo 22 Filtros y el diagrama de Bode
TÉRMINOS CLAVE
CONTENIDO
OBJETIVOS
PERSPECTIVA GENERAL DEL CAPÍTULO
En perspectiva
Alexander Graham Bell
22.1 El decibel
Aplicaciones de los decibeles
22.2 Sistemas de múltiples etapas
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 1
22.3 Funciones de transferencia RC y RL simples
El trazo de los diagramas de Bode
Cómo escribir las funciones de transferencia
22.4 El filtro pasabajas
El filtro pasabajas RC
El filtro pasabajas RL
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 2
22.5 El filtro pasaaltas
El filtro pasaaltas RC
El filtro pasaaltas RL
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 3
22.6 El filtro pasabanda
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 4
22.7 El filtro supresor de banda
22.8 Análisis de circuitos por computadora
PSpice
En la práctica
Problemas
22.1 El decibel
22.2 Sistemas de múltiples etapas
22.3 Funciones de transferencia RC y RL simples
22.4 El filtro pasabajas
22.5 El filtro pasaaltas
22.6 El filtro pasabanda
22.7 El filtro supresor de banda
22.8 Análisis de circuitos por computadora
RESPUESTAS DE LOS PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE
Capítulo 23 Transformadores y circuitos acoplados
TÉRMINOS CLAVE
CONTENIDO
OBJETIVOS
PERSPECTIVA GENERAL DEL CAPÍTULO
En perspectiva
George Westinghouse
23.1 Introducción
Construcción del transformador
Transformadores planares
Símbolos de los transformadores
Direcciones del devanado
Circuitos fuertemente acoplados y débilmente acoplados
Ley de Faraday
23.2 Transformadores de núcleo de hierro: el modelo ideal
Relación de voltaje
Transformadores de elevación y reducción
Relación de corriente
Análisis de circuitos simples con transformador
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 1
23.3 Impedancia reflejada
23.4 Especificaciones del transformador de potencia
23.5 Aplicaciones de los transformadores
Transformadores para fuentes de potencia
Transformadores en sistemas de potencia
Aplicaciones para aislamiento
Igualación de impedancia
Transformadores con múltiples secundarios
Autotransformadores
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 2
23.6 Transformadores de núcleo de hierro prácticos
Flujo de fuga
Resistencia del devanado
Pérdidas en el núcleo
Otros efectos
El equivalente completo
Regulación de voltaje
Eficiencia del transformador
23.7 Pruebas de los transformadores
La prueba de cortocircuito
La prueba a circuito abierto
23.8 Efectos del voltaje y la frecuencia
Efecto del voltaje
Efecto de la frecuencia
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 3
23.9 Circuitos débilmente acoplados
Voltajes en bobinas con núcleo de aire
Voltaje mutuo
Suma y resta de voltajes
La regla del punto
Coeficiente de acoplamiento
Inductores con acoplamiento mutuo
23.10 Circuitos acoplados magnéticamente con excitación sinusoidal
23.11 Impedancia acoplada
23.12 Análisis de circuitos por computadora
Multisim
Solución con PSpice
En la práctica
Problemas
23.1 Introducción
23.2 Transformadores de núcleo de hierro: el modelo ideal
23.3 Impedancia reflejada
23.4 Especificaciones del transformador de potencia
23.5 Aplicaciones del transformador
23.6 Transformadores de núcleo de hierro prácticos
23.7 Pruebas de los transformadores
23.9 Circuitos débilmente acoplados
23.10 Circuitos acoplados magnéticamente con excitación sinusoidal
23.11 Impedancia acoplada
23.12 Análisis de circuitos por computadora
RESPUESTAS DE LOS PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE
Capítulo 24 Sistemas de tres fases
TÉRMINOS CLAVE
CONTENIDO
OBJETIVOS
PERSPECTIVA GENERAL DEL CAPÍTULO
En perspectiva
Nikola Tesla
24.1 Generación de voltaje trifásico
24.2 Conexiones básicas de circuitos trifásicos
Sistemas de cuatro y tres cables
Simbología
Representación estándar
Generadores conectados en delta
Voltaje neutro-neutro en un circuito Y-Y
Secuencia de fase
24.3 Relaciones trifásicas básicas
Definiciones
Voltajes de línea y de fase para un circuito Y
Voltajes nominales
Un hito
Corrientes para un circuito en Y
Corrientes de línea y de fase para un circuito en delta
Un segundo hito
El equivalente de una sola fase
Selección de una referencia
Resumen de relaciones trifásicas básicas
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 1
24.4 Ejemplos
24.5 Potencia en sistemas balanceados
Potencia activa para una carga en Y balanceada
Potencia aparente
Factor de potencia
Potencia para una carga delta balanceada
24.6 Medición de potencia en circuitos trifásicos
El método de dos wattímetros
Determinación de las lecturas de los wattímetros
Curva de razón de watts
24.7 Cargas desbalanceadas
Cargas en Y desbalanceadas
Cargas en delta desbalanceadas
24.8 Cargas en sistemas de potencia
24.9 Análisis de circuitos por computadora
Multisim
PSpice
EN LA PRÁCTICA
Problemas
24.2 Conexiones básicas de circuitos trifásicos
24.3 Relaciones trifásicas básicas
24.4 Ejemplos
24.5 Potencia en sistemas balanceados
24.6 Medición de potencia en circuitos trifásicos
24.7 Cargas desbalanceadas
24.9 Análisis de circuitos por computadora
RESPUESTAS DE LOS PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE
Capítulo 25 Formas de onda no sinusoidales
TÉRMINOS CLAVE
CONTENIDO
OBJETIVOS
PERSPECTIVA GENERAL DEL CAPÍTULO
En perspectiva
Jean Baptiste Joseph Fourier
25.1 Formas de onda compuestas
25.2 Serie de Fourier
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 1
25.3 Serie de Fourier de formas de onda comunes
PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE 2
25.4 Espectro de frecuencias
25.5 Respuesta del circuito a una forma de onda no sinusoidal
25.6 Análisis de circuitos por computadora
En la práctica
Problemas
25.1 Formas de onda compuestas
25.2 Serie de Fourier
25.3 Serie de Fourier de formas de onda comunes
25.4 Espectro de frecuencias
25.5 Respuesta del circuito a una forma de onda no sinusoidal
25.6 Análisis de circuitos por computadora
RESPUESTAS DE LOS PROBLEMAS PARA VERIFICAR EL APRENDIZAJE
Apéndice A Multisim y Pspice
A.1 I ntroducción
Organización de sus archivos de simulación
A.2 Multisim
Algunos puntos clave para los usuarios de Multisim
Orientación de los componentes
Cómo limpiar las pantallas de Grapher View
Cómo añadir expresiones a las pantallas gráficas
Cómo desplegar múltiples trazas
Cómo usar los cursores
Ajuste del ángulo de fase para ca
A.3 PSpice
Algunos puntos clave para los usuarios de PSpice
Orientación de los componentes de PSpice
Cómo asignar etiquetas a las trazas de las gráficas y nombrar los ejes
Cómo usar los cursores
Mensaje de error de subcircuito no identificado
Apéndice B Matemáticas en el análisis de circuitos: un breve tutorial
B.1 Matemáticas básicas e ideas para la calculadora
B.2 Logaritmos, logaritmos naturales y funciones exponenciales
Repaso de los fundamentos
Logaritmos naturales y exponenciales
B.3 Solución de ecuaciones simultáneas
El método de determinantes
Método con la calculadora
Apéndice C Teorema de máxima transferencia de potencia
Apéndice D Respuestas de los problemas impares
Glosario
Índice analítico