Análisis de circuitos I: pack de repaso

Hojas de fórmulas, los pasos clave de los métodos de cada tema y 14 problemas de práctica, con las soluciones completas al final.

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1Fórmulas y métodos

Resistencias en serie y en paralelo

Resistencias en serie
Req = R1 + R2 + …
Resistencias en paralelo
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Dos en paralelo
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Ley de Ohm
V = I·R
Potencia
P = V·I = I²R = V²/R

Método

  1. Empieza por el extremo de la red más alejado de los terminales.
  2. Combina las resistencias en serie sumándolas, y las resistencias en paralelo con 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Vuelve a dibujar el circuito después de cada paso.
  4. Repite hasta que quede una sola resistencia entre los terminales.

Análisis nodal

Ley de corrientes de Kirchhoff
ΣIin = ΣIout
Corriente de rama
I = (Va − Vb)/R
Nodo de referencia
Vground = 0

Método

  1. Elige un nudo de referencia (tierra) y nombra las tensiones de los demás nudos.
  2. Aplica la ley de corrientes de Kirchhoff en cada nudo desconocido: las corrientes que salen por cada rama igualan a las que entran.
  3. Expresa cada corriente de rama como (Va − Vb)/R.
  4. Resuelve el sistema de ecuaciones y luego halla la corriente que necesites.

Análisis de mallas

Ley de tensiones de Kirchhoff
ΣV = 0 en cada malla
Resistencia compartida
corriente = I1 − I2
Fuente de corriente en una malla
fija esa corriente de malla

Método

  1. Dibuja una corriente en sentido horario en cada malla (ventana) del circuito.
  2. Aplica la ley de tensiones de Kirchhoff en cada malla: la suma de las caídas de tensión es cero.
  3. En una resistencia compartida por dos mallas, la corriente es la diferencia de las dos corrientes de malla.
  4. Resuelve las ecuaciones; un resultado negativo significa que la corriente circula en sentido contrario.

Superposición

Superposición
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
Fuente de tensión apagada
cortocircuito (0 V)
Fuente de corriente apagada
circuito abierto (0 A)
Divisor de tensión
V2 = V·R2/(R1 + R2)
Divisor de corriente
I1 = I·R2/(R1 + R2)

Método

  1. Cuenta las fuentes independientes. Resolverás un circuito más sencillo por cada fuente.
  2. Deja una fuente y anula las demás: una fuente de tensión se convierte en un cortocircuito (un cable) y una fuente de corriente en un circuito abierto (un hueco).
  3. Resuelve el circuito más sencillo para la tensión o corriente que necesitas, sin perder de vista su sentido.
  4. Repite con cada fuente y luego suma las contribuciones con sus signos.

Thévenin y Norton

Tensión de Thévenin
Vth = Vopen circuit
Resistencia de Thévenin
Rth: todas las fuentes apagadas, vista desde a–b
Corriente de Norton
IN = Vth/Rth
Corriente en la carga
IL = Vth/(Rth + RL)
Máxima transferencia de potencia
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Método

  1. Quita la carga y marca los dos terminales a y b.
  2. Halla la tensión en circuito abierto entre a y b: es Vth.
  3. Anula todas las fuentes independientes y halla la resistencia vista desde a–b: es Rth.
  4. Vuelve a conectar la carga al circuito equivalente: Vth en serie con Rth.
  5. Para el equivalente de Norton, convierte: IN = Vth/Rth, con RN = Rth en paralelo.

Circuitos con amplificador operacional

Amplificador inversor
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Amplificador no inversor
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Amplificador sumador
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Amplificador operacional ideal
V+ = V−, Iin = 0

Transitorios RC y RL

Constante de tiempo
τ = RC | τ = L/R
Respuesta
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Condensador en continua
circuito abierto; vC no puede saltar
Bobina en continua
cortocircuito; iL no puede saltar
Régimen permanente
t ≈ 5τ

Método

  1. Halla el valor inicial justo después de la conmutación: la tensión de un condensador y la corriente de una bobina no pueden variar bruscamente.
  2. Halla el valor final mucho después de la conmutación: un condensador se comporta como un circuito abierto y una bobina como un cortocircuito.
  3. Halla la constante de tiempo: τ = RC o τ = L/R, usando la resistencia que ve el condensador o la bobina.
  4. Usa x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

2Problemas de práctica

1.Resistencias en serie y en paraleloMedia
R1​ = 10 ΩIR1​R3​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAR4​4 ΩB

Halla la corriente IR1 que entrega la fuente, que pasa por R1.

V1 = 9 VR1 = 10 ΩR2 = 15 ΩR3 = 4 ΩR4 = 4 Ω
IR1 = A
2.Resistencias en serie y en paraleloDifícil
R1​ = 5 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​5 VR2​3 ΩIR2​AR4​6 ΩBR6​8 Ω

Halla la corriente IR2 por R2.

V1 = 5 VR1 = 5 ΩR2 = 3 ΩR3 = 3 ΩR4 = 6 ΩR5 = 2 ΩR6 = 8 Ω
IR2 = A
3.Análisis nodalMedia
R1​ = 5 ΩIR1​R3​ = 12 Ω+−V1​6 VR2​10 ΩAR4​15 ΩBIs​2 A

Usa el análisis nodal para hallar la corriente IR1 por R1 en el sentido de la flecha.

V1 = 6 VIs = 2 AR1 = 5 ΩR2 = 10 ΩR3 = 12 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
4.Análisis nodalDifícil
R1​ = 4 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​30 VR3​20 ΩAR5​4 ΩBIs​5 A+−V2​15 V

Usa el análisis nodal para hallar la tensión de nodo VB (respecto a tierra).

V1 = 30 VIs = 5 AV2 = 15 VR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 20 ΩR4 = 4 ΩR5 = 4 Ω
VB = V
5.Análisis de mallasMedia
R1​ = 20 ΩR2​ = 5 Ω+−V1​18 VR3​6 ΩIR3​A+−V2​15 VI1​I2​

Usa el análisis de mallas para hallar la corriente IR3 por R3 en el sentido de la flecha.

V1 = 18 VV2 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 5 ΩR3 = 6 Ω
IR3 = A
6.Análisis de mallasDifícil
R1​ = 3 ΩR2​ = 5 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR4​30 ΩIR4​AR5​20 ΩB+−V2​9 VI1​I2​I3​

Usa el análisis de mallas para hallar la corriente IR4 por R4 en el sentido de la flecha.

V1 = 18 VV2 = 9 VR1 = 3 ΩR2 = 5 ΩR3 = 10 ΩR4 = 30 ΩR5 = 20 Ω
IR4 = A
7.SuperposiciónMedia
circuito linealVs​Is​IRL​

Un circuito resistivo lineal contiene una fuente de tensión Vs y una fuente de corriente Is. La corriente I por una resistencia de carga se mide dos veces: con Vs = 6 V y Is = 10 mA, I = 4 mA; con Vs = 10 V y Is = 5 mA, I = 9 mA. Halla la corriente de carga I cuando Vs = 12 V y Is = 5 mA.

6 V, 10 mA → 4 mA10 V, 5 mA → 9 mAVs = 12 V, Is = 5 mA
I = mA
8.SuperposiciónDifícil
R1​ = 3 ΩR2​ = 30 Ω+−VR2​R4​ = 12 Ω+−V1​6 VR3​25 ΩAIs​1 AB+−V2​9 V

Usa el principio de superposición para hallar la tensión VR2 en R2 con la polaridad indicada.

V1 = 6 VIs = 1 AV2 = 9 VR1 = 3 ΩR2 = 30 ΩR3 = 25 ΩR4 = 12 Ω
VR2 = V
9.Thévenin y NortonMedia
R1​ = 5 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​12 ΩAab

Halla la tensión de Thévenin Vth vista desde los terminales a–b.

V1 = 10 VR1 = 5 ΩR2 = 12 ΩR3 = 12 Ω
Vth = V
10.Thévenin y NortonDifícil
R1​ = 4 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAIs​5 ABab

Halla la tensión de Thévenin Vth vista desde los terminales a–b.

V1 = 6 VIs = 5 AR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 25 Ω
Vth = V
11.Circuitos con amplificador operacionalMedia
−+Vout​Rf​ = 47 kΩR1​ = 2 kΩVin​ = −0,5 V

El amplificador operacional es ideal y se alimenta con ±15 V. Halla la tensión de salida Vout.

Vin = −0,5 VR1 = 2 kΩRf = 47 kΩ
Vout = V
12.Circuitos con amplificador operacionalDifícil
−+Vout​C = 0,1 µFVin​ = 0,3 VR = 47 kΩ

El integrador usa un amplificador operacional ideal alimentado con ±15 V; su salida se satura en ±14 V. El condensador está descargado cuando se aplica una entrada constante Vin = 0,3 V en t = 0. ¿Cuánto tiempo después de t = 0 llega la salida a la saturación? Halla t.

Vin = 0,3 VR = 47 kΩC = 0,1 µFVsat = ±14 V
t = ms
13.Transitorios RC y RLMedia
R = 15 Ωt = 0L33 mHi(t)

La bobina conduce una corriente estacionaria de 2 A. En t = 0 el interruptor cierra el lazo a través de R y se retira la fuente, así que la corriente de la bobina decae a través de R. Halla la tensión vR en R en t = 5 ms.

i(0) = 2 AR = 15 ΩL = 33 mHt = 5 ms
vR = V
14.Transitorios RC y RLDifícil
+−Vs​12 Vt = 0R = 6,8 kΩC220 µF+−vC​vC​(0) = 2 V

Justo antes de que el interruptor se cierre en t = 0, el condensador tiene 2 V con la polaridad indicada. ¿Cuánto tarda vC en llegar a 9 V? Halla t.

Vs = 12 VR = 6,8 kΩC = 220 µFvC(0) = 2 V
t = ms

3Disoluciones

1.Resistencias en serie y en paralelo

Respuesta: IR1 = 0,5914 A

Resistencias en serie y en paralelo: en serie, la misma corriente pasa por cada resistencia y R = R₁ + R₂ + …. En paralelo, cada resistencia tiene la misma tensión y 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Una red en escalera se reduce por parejas hasta que queda una sola resistencia equivalente.

R1​ = 10 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAR4​4 ΩB

Combina las resistencias desde el extremo más lejano

Empieza por el extremo más alejado de la fuente y avanza hacia ella. Las resistencias con la misma corriente están en serie; las que están entre los mismos dos nodos, en paralelo.

R3 + R4 = 4 + 4 = 8 Ω
R2 ∥ 8 = 15·8/(15+8) = 5,217 Ω
Req = R1 + 5,217 = 10 + 5,217 = 15,22 Ω

Corriente de la fuente

La fuente solo ve Req, así que la ley de Ohm da la corriente que entrega. Esa corriente pasa por R₁.

IR1 = V1/Req = 9/15,22 = 0,5914 A

Respuesta

IR1 = 0,5914 A
2.Resistencias en serie y en paralelo

Respuesta: IR2 = 0,4891 A

Resistencias en serie y en paralelo: en serie, la misma corriente pasa por cada resistencia y R = R₁ + R₂ + …. En paralelo, cada resistencia tiene la misma tensión y 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Una red en escalera se reduce por parejas hasta que queda una sola resistencia equivalente.

R1​ = 5 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 2 Ω+−V1​5 VR2​3 ΩAR4​6 ΩBR6​8 Ω

Combina las resistencias desde el extremo más lejano

Empieza por el extremo más alejado de la fuente y avanza hacia ella. Las resistencias con la misma corriente están en serie; las que están entre los mismos dos nodos, en paralelo.

R5 + R6 = 2 + 8 = 10 Ω
R4 ∥ 10 = 3,75 Ω
R3 + 3,75 = 6,75 Ω
R2 ∥ 6,75 = 2,077 Ω
Req = R1 + 2,077 = 5 + 2,077 = 7,077 Ω

Corriente de la fuente

La fuente solo ve Req, así que la ley de Ohm da la corriente que entrega. Esa corriente pasa por R₁.

IR1 = V1/Req = 5/7,077 = 0,7065 A

Corriente por R₂

Resta la caída en R₁ para obtener la tensión en el nodo A, que es la tensión en R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 5 − 0,7065·5 = 1,467 V
IR2 = VA/R2 = 1,467/3 = 0,4891 A

Respuesta

IR2 = 0,4891 A
3.Análisis nodal

Respuesta: IR1 = −0,1714 A

Análisis nodal: elige un nodo de referencia, nombra las tensiones de nodo desconocidas, escribe la ley de corrientes de Kirchhoff en cada nodo desconocido usando la ley de Ohm (I = ΔV/R) y resuelve las ecuaciones resultantes.

R1​ = 5 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​6 VR2​10 ΩAR4​15 ΩBIs​2 A

Plantea los nodos

La tierra es el cable inferior. Las tensiones de nodo conocidas salen directamente de las fuentes (V1 = 6 V). Incógnitas: VA, VB.

LCK en el nodo A

Las corrientes que salen de A por las resistencias igualan la corriente que las fuentes inyectan en A.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/10 + (VA − 6)/5 + (VA − VB)/12 = 0
0,3833·VA − 0,08333·VB = 1,2

LCK en el nodo B

Las corrientes que salen de B por las resistencias igualan la corriente que las fuentes inyectan en B.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/15 + (VB − VA)/12 = 2
−0,08333·VA + 0,15·VB = 2

Resuelve

Δ = (0,3833)(0,15) − (−0,08333)(−0,08333) = 0,05056
VA = Δ1/Δ = 0,3467/0,05056 = 6,857 V
VB = Δ2/Δ = 0,8667/0,05056 = 17,14 V

Respuesta

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (6 − 6,857)/5 = −0,1714 A
4.Análisis nodal

Respuesta: VB = 0,2049 V

Análisis nodal: elige un nodo de referencia, nombra las tensiones de nodo desconocidas, escribe la ley de corrientes de Kirchhoff en cada nodo desconocido usando la ley de Ohm (I = ΔV/R) y resuelve las ecuaciones resultantes.

R1​ = 4 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​30 VR3​20 ΩAR5​4 ΩBIs​5 A+−V2​15 V

Plantea los nodos

La tierra es el cable inferior. Las tensiones de nodo conocidas salen directamente de las fuentes (V1 = 30 V, V2 = 15 V). Incógnitas: VA, VB.

LCK en el nodo A

Las corrientes que salen de A por las resistencias igualan la corriente que las fuentes inyectan en A.

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/20 + (VA − 30)/4 + (VA − VB)/15 = 0
0,3667·VA − 0,06667·VB = 7,5

LCK en el nodo B

Las corrientes que salen de B por las resistencias igualan la corriente que las fuentes inyectan en B.

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/4 + (VB − VA)/15 + (VB − 15)/4 = (−5)
−0,06667·VA + 0,5667·VB = −1,25

Resuelve

Δ = (0,3667)(0,5667) − (−0,06667)(−0,06667) = 0,2033
VA = Δ1/Δ = 4,167/0,2033 = 20,49 V
VB = Δ2/Δ = 0,04167/0,2033 = 0,2049 V

Respuesta

VB = 0,2049 V
5.Análisis de mallas

Respuesta: IR3 = 1,56 A

Análisis de mallas: asigna a cada ventana de un circuito plano su propia corriente de lazo, escribe la ley de tensiones de Kirchhoff en cada lazo (suma de caídas = suma de subidas) y resuelve. Las corrientes de rama son la corriente de malla o la diferencia de dos corrientes de malla en una rama compartida.

R1​ = 20 ΩR2​ = 5 Ω+−V1​18 VR3​6 ΩA+−V2​15 VI1​I2​

Asigna las corrientes de malla

Dibuja una corriente en sentido horario en cada ventana: I1, I2. Una resistencia compartida por dos mallas lleva la diferencia de sus corrientes.

LTK en la malla 1

Recorriendo en sentido horario, las caídas en las resistencias igualan a las subidas de tensión de las fuentes (de − a + en el sentido del recorrido).

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
20·I1 + 6(I1 − I2) = 18
26·I1 − 6·I2 = 18

LTK en la malla 2

Recorriendo en sentido horario, las caídas en las resistencias igualan a las subidas de tensión de las fuentes (de − a + en el sentido del recorrido).

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
5·I2 + 6(I2 − I1) = (−15)
−6·I1 + 11·I2 = −15

Resuelve

Δ = (26)(11) − (−6)(−6) = 250
I1 = Δ1/Δ = 108/250 = 0,432 A
I2 = Δ2/Δ = −282/250 = −1,128 A

Respuesta

IR3 = I1 − I2 = 1,56 A

Una corriente de malla negativa circula en sentido antihorario.

6.Análisis de mallas

Respuesta: IR4 = 0,48 A

Análisis de mallas: asigna a cada ventana de un circuito plano su propia corriente de lazo, escribe la ley de tensiones de Kirchhoff en cada lazo (suma de caídas = suma de subidas) y resuelve. Las corrientes de rama son la corriente de malla o la diferencia de dos corrientes de malla en una rama compartida.

R1​ = 3 ΩR2​ = 5 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR4​30 ΩAR5​20 ΩB+−V2​9 VI1​I2​I3​

Asigna las corrientes de malla

Dibuja una corriente en sentido horario en cada ventana: I1, I2, I3. Una resistencia compartida por dos mallas lleva la diferencia de sus corrientes.

LTK en la malla 1

Recorriendo en sentido horario, las caídas en las resistencias igualan a las subidas de tensión de las fuentes (de − a + en el sentido del recorrido).

R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
3·I1 + 30(I1 − I2) = 18
33·I1 − 30·I2 = 18

LTK en la malla 2

Recorriendo en sentido horario, las caídas en las resistencias igualan a las subidas de tensión de las fuentes (de − a + en el sentido del recorrido).

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
5·I2 + 30(I2 − I1) + 20(I2 − I3) = 0
−30·I1 + 55·I2 − 20·I3 = 0

LTK en la malla 3

Recorriendo en sentido horario, las caídas en las resistencias igualan a las subidas de tensión de las fuentes (de − a + en el sentido del recorrido).

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
10·I3 + 20(I3 − I2) = (−9)
−20·I2 + 30·I3 = −9

Resuelve

Δ = determinante de la matriz de coeficientes = 14250
I1 = Δ1/Δ = 17100/14250 = 1,2 A
I2 = Δ2/Δ = 10260/14250 = 0,72 A
I3 = Δ3/Δ = 2565/14250 = 0,18 A

Respuesta

IR4 = I1 − I2 = 0,48 A

Una corriente de malla negativa circula en sentido antihorario.

7.Superposición

Respuesta: I = 11 mA

Superposición: en un circuito lineal, cualquier tensión o corriente es la suma de las respuestas a cada fuente independiente actuando sola. Para apagar una fuente, sustituye una fuente de tensión ideal por un cortocircuito y una fuente de corriente ideal por un circuito abierto. Las resistencias se quedan donde están.

Escribe la respuesta como suma de contribuciones

Cada contribución es proporcional a su propia fuente, con una constante que depende solo de las resistencias.

I = k₁·Vs + k₂·Is
6·k₁ + 10·k₂ = 4
10·k₁ + 5·k₂ = 9

Despeja las constantes

Δ = (6)(5) − (10)(10) = −70
k₁ = Δ1/Δ = −70/−70 = 1
k₂ = Δ2/Δ = 14/−70 = −0,2
k₁ = 1 mA/V, k₂ = −0,2

Predice la nueva corriente

I = 1·12 + (−0,2)·5 = 11 mA

Respuesta

I = 11 mA
8.Superposición

Respuesta: VR2 = −10,5 V

Superposición: en un circuito lineal, cualquier tensión o corriente es la suma de las respuestas a cada fuente independiente actuando sola. Para apagar una fuente, sustituye una fuente de tensión ideal por un cortocircuito y una fuente de corriente ideal por un circuito abierto. Las resistencias se quedan donde están.

R1​ = 3 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​6 VR3​25 ΩAABIERTOBCORTO

Caso 1 · V1 actuando sola

V₂ pasa a ser un cortocircuito e Iₛ un circuito abierto. Vista desde A, R₃ está en paralelo con la serie R₂+R₄.

R3 ∥ (R2+R4) = 25 ∥ 42 = 15,67 Ω
VA = 6·15,67/(3+15,67) = 5,036 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 5,036·12/42 = 1,439 V
VR2′ = VA − VB = 5,036 − 1,439 = 3,597 V
R1​ = 3 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 12 ΩCORTOR3​25 ΩAIs​1 ABCORTO

Caso 2 · Is actuando sola

Ambas fuentes de tensión pasan a ser cortocircuitos. Iₛ se reparte en B entre R₄ (ahora a tierra) y R₂ en serie con R₁ ∥ R₃.

R1 ∥ R3 = 2,679 Ω, así que el camino de la izquierda es R2+2,679 = 32,68 Ω
Req = R4 ∥ 32,68 = 8,777 Ω
VB = Is·Req = 1·8,777 = 8,777 V
VA = VB·2,679/32,68 = 0,7194 V
VR2″ = VA − VB = 0,7194 − 8,777 = −8,058 V
R1​ = 3 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 12 ΩCORTOR3​25 ΩAABIERTOB+−V2​9 V

Caso 3 · V2 actuando sola

V₁ pasa a ser un cortocircuito e Iₛ un circuito abierto. R₁ ∥ R₃ cuelga de A, en serie con R₂ hasta B.

R1 ∥ R3 = 3·25/(3+25) = 2,679 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 9·32,68/44,68 = 6,583 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 6,583·2,679/32,68 = 0,5396 V
VR2‴ = VA − VB = 0,5396 − 6,583 = −6,043 V

Suma las contribuciones

VR2 = VR2′ + VR2″ + VR2‴
VR2 = 3,597 + (−8,058) + (−6,043) = −10,5 V

Un resultado negativo significa que la polaridad real es la opuesta a la indicada.

9.Thévenin y Norton

Respuesta: Vth = 7,059 V

Teorema de Thévenin: toda red lineal de dos terminales se comporta como una única fuente de tensión Vth en serie con una resistencia Rth. El teorema de Norton da la misma red como una fuente de corriente IN = Vth/Rth en paralelo con Rth.

R1​ = 5 ΩR3​ = 12 ΩCORTOR2​12 ΩAabRth​

Halla Rth con todas las fuentes apagadas

Sustituye las fuentes de tensión por cortocircuitos y las de corriente por circuitos abiertos, y mira el circuito desde a–b.

R1 ∥ R2 = 5·12/(5+12) = 3,529 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,529 + 12 = 15,53 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​12 ΩAab+−Vth​

Halla Vth, la tensión en circuito abierto

Con a–b abiertos, no circula corriente por R₃, así que no hay caída en ella y V_b = V_A. R₁ y R₂ forman un divisor de tensión.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 10·12/(5+12) = 7,059 V
10.Thévenin y Norton

Respuesta: Vth = 140,6 V

Teorema de Thévenin: toda red lineal de dos terminales se comporta como una única fuente de tensión Vth en serie con una resistencia Rth. El teorema de Norton da la misma red como una fuente de corriente IN = Vth/Rth en paralelo con Rth.

R1​ = 4 ΩR3​ = 25 ΩCORTOR2​6 ΩAABIERTOBabRth​

Halla Rth con todas las fuentes apagadas

Sustituye las fuentes de tensión por cortocircuitos y las de corriente por circuitos abiertos, y mira el circuito desde a–b.

R1 ∥ R2 = 4·6/(4+6) = 2,4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,4 + 25 = 27,4 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAIs​5 ABab+−Vth​

Halla Vth, la tensión en circuito abierto

Con a–b abiertos, el único camino para Iₛ es por R₃ hacia el nodo A. Halla V_A por superposición de V₁ e Iₛ y luego suma la caída en R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 3,6 + 5·2,4 = 15,6 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 15,6 + 5·25 = 140,6 V
11.Circuitos con amplificador operacional

Respuesta: Vout = −12,25 V

Reglas del amplificador operacional ideal: con realimentación negativa, el amplificador ajusta su salida para que sus dos entradas estén a la misma tensión (V₋ = V₊), y no entra corriente por ninguna entrada. Aplicar la LCK en la entrada inversora con estos dos hechos da la salida.

La entrada inversora sigue a la entrada

V₋ = V₊ = −0,5 V
I = V₋/R1 = −0,5/2 = −0,25 mA

Tensión de salida

La corriente de R₁ también pasa por Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = −0,5 + (−0,25)·47 = −12,25 V

Respuesta

Vout = −12,25 V
12.Circuitos con amplificador operacional

Respuesta: t = 219,3 ms

Reglas del amplificador operacional ideal: con realimentación negativa, el amplificador ajusta su salida para que sus dos entradas estén a la misma tensión (V₋ = V₊), y no entra corriente por ninguna entrada. Aplicar la LCK en la entrada inversora con estos dos hechos da la salida.

Corriente de entrada y pendiente de la rampa

kΩ por µF da milisegundos.

RC = 47 kΩ · 0,1 µF = 4,7 ms
pendiente de la rampa = −Vin/(RC) = −0,3/4,7 = −0,06383 V/ms

Tiempo hasta la saturación

|Vin|·t/(RC) = Vsat → t = Vsat·RC/|Vin| = 14·4,7/0,3 = 219,3 ms

Respuesta

t = 219,3 ms
13.Transitorios RC y RL

Respuesta: vR = 3,091 V

Transitorios de primer orden: en un circuito con un condensador o una bobina, cada tensión y corriente pasa de forma exponencial de su valor inicial a su valor final: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, con τ = RC o τ = L/R. Tras unos 5τ el circuito se ha estabilizado.

Constante de tiempo

τ = L/R = 33 mH / 15 Ω = 2,2 ms

Decaimiento de la corriente

i(t) = 2·e−5/2,2 = 0,2061 A
vR = R·i = 15·0,2061 = 3,091 V

Respuesta

vR = 3,091 V
14.Transitorios RC y RL

Respuesta: t = 1801 ms

Transitorios de primer orden: en un circuito con un condensador o una bobina, cada tensión y corriente pasa de forma exponencial de su valor inicial a su valor final: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, con τ = RC o τ = L/R. Tras unos 5τ el circuito se ha estabilizado.

Valor inicial, valor final, constante de tiempo

La tensión del condensador no puede saltar, así que parte de su valor almacenado y tiende a la tensión de la fuente.

vC(0) = 2 V, vC(∞) = Vs = 12 V
τ = R·C = 6,8 kΩ · 220 µF = 1496 ms
vC(t) = 12 + (2 − 12)·e−t/τ

Despeja el tiempo

9 = 12 + (−10)·e−t/τ → e−t/τ = (9 − 12)/(2 − 12) = 0,3
t = τ·ln((2 − 12)/(9 − 12)) = 1496·ln(3,333) = 1801 ms

Respuesta

t = 1801 ms

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