Análisis de circuitos II: corriente alterna: pack de repaso

Hojas de fórmulas, los pasos clave de los métodos de cada tema y 16 problemas de práctica, con las soluciones completas al final.

Problemas nuevosVolver a la asignatura

En la ventana de impresión, elige «Guardar como PDF» para conservar una copia en tu dispositivo.

1Fórmulas y métodos

Números complejos

Forma rectangular
z = a + jb, j² = −1, z̄ = a − jb
Módulo y argumento
|z| = √(a² + b²), tan θ = b/a (check the quadrant)
Forma polar y exponencial
z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ
División
z₁/z₂ = z₁z̄₂/|z₂|²
Producto y cociente
r₁∠θ₁ · r₂∠θ₂ = r₁r₂∠(θ₁ + θ₂), r₁∠θ₁ / r₂∠θ₂ = (r₁/r₂)∠(θ₁ − θ₂)
De Moivre
(r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ
Raíces n-ésimas
zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0 … n − 1
Ecuación cuadrática con p² < 4q
z = −p/2 ± j√(q − p²/4)

Método

  1. Decide qué forma conviene a la operación: la rectangular a + jb para sumar y restar, la polar r∠θ para multiplicar, dividir, potencias y raíces.
  2. Desarrolla con j² = −1; divide multiplicando numerador y denominador por el conjugado del denominador.
  3. Convierte con r = √(a² + b²) y θ a partir de un dibujo del punto (comprueba el cuadrante), y de vuelta con a = r cos θ, b = r sin θ.
  4. Para las potencias usa De Moivre, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; para zⁿ = R∠φ enumera las n raíces R1/n∠((φ + 360°k)/n).

Impedancia y fasores en alterna

Impedancias
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
Frecuencia angular
ω = 2πf
Módulo y ángulo
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Ley de Ohm con fasores
V = I·Z

Método

  1. Convierte la frecuencia: ω = 2πf.
  2. Halla cada reactancia: XL = ωL y XC = 1/(ωC).
  3. Suma las impedancias como resistencias, con Z = R + jX.
  4. Halla el módulo |Z| = √(R² + X²) y el ángulo φ = atan(X/R), y luego aplica la ley de Ohm con fasores.

Potencia en alterna y factor de potencia

Potencia activa
P = V·I·cos φ
Potencia reactiva
Q = V·I·sin φ
Potencia aparente
S = V·I = √(P² + Q²)
Factor de potencia
pf = cos φ = P/S
Condensador de compensación
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

Resonancia LC, factor Q y ancho de banda

Frecuencia natural
ω0 = 1/√(LC), f0 = 1/(2π√(LC))
Energía
W = ½CV0² = ½Cv² + ½Li²
Corriente pico
Imax = V0√(C/L)
Factor de calidad
Q = 2π·(energy stored)/(energy lost per cycle)
RLC serie
Q = (1/R)√(L/C), BW = R/(2πL)
RLC paralelo
Q = R√(C/L), BW = 1/(2πRC)
Ancho de banda
BW = f2 − f1 = f0/Q, f0 = √(f1f2)
Frecuencias de media potencia
f1,2 = f0(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q))
Circuito tanque con resistencia de bobina r
RD = L/(C·r) = Q²·r
Decaimiento de la amplitud
e−Rt/(2L)

Método

  1. Halla primero la frecuencia de resonancia: ω₀ = 1/√(LC) y f₀ = ω₀/(2π).
  2. Decide si el circuito es serie o paralelo: en serie Q = (1/R)√(L/C), en paralelo Q = R√(C/L).
  3. Usa BW = f₀/Q para el ancho de banda, o los atajos R/(2πL) (serie) y 1/(2πRC) (paralelo).
  4. En las preguntas de energía, usa que la energía total ½CV₀² se mantiene constante en un circuito LC ideal y oscila entre C y L cada cuarto de periodo.

Potencia trifásica

Conexión en estrella (Y)
VL = √3·Vph, IL = Iph
Conexión en triángulo (Δ)
VL = Vph, IL = √3·Iph
Potencia activa total
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Potencia aparente y reactiva
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Condensadores de compensación
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Tensión en cada condensador
Δ: VL Y: VL/√3
Potencia absorbida por el motor
Pin = Pout/η

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.

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.

2Problemas de práctica

1.Números complejosMedia
ReIm55−5−51010−10−10zABCD

El diagrama muestra z = 4 + j. Con w = 2∠90°, haz clic en el punto que representa z·w.

z = 4 + jw = 2∠90°
  1. 1A (−1 + j4)
  2. 2B (2 − j8)
  3. 3C (8 + j2)
  4. 4D (−2 + j8)
2.Números complejosDifícil
ReIm22−2−244−4−4z₁z₂

La ecuación z² + 2z + 17 = 0 tiene dos raíces complejas. Halla su módulo |z|.

p = 2q = 17
|z| =
3.Impedancia y fasores en alternaMedia
50 V200 HzR = 30 ΩL = 20 mHI

Una resistencia y una bobina están conectadas en paralelo a una alimentación de 50 V (eficaces) y 200 Hz. Halla la corriente eficaz I.

V = 50 V (rms)f = 200 HzR = 30 ΩL = 20 mH
I = A
4.Impedancia y fasores en alternaDifícil
24 V200 HzR = 20 ΩL = 150 mHC = 47 µFI

Un circuito RLC en serie está conectado a una alimentación de 24 V (eficaces) y 200 Hz. Halla la corriente eficaz I.

V = 24 V (rms)f = 200 HzR = 20 ΩL = 150 mHC = 47 µF
I = A
5.Potencia en alterna y factor de potenciaMedia
P = 21 kWQ = ?Sφ

Un motor monofásico consume 21 kW con un factor de potencia de 0,65 inductivo de una alimentación de 230 V. Halla la potencia reactiva Q que consume.

P = 21 kWpf = 0,65V = 230 V
Q = kvar
6.Potencia en alterna y factor de potenciaDifícil
P = 50 kWQ1​S1​φ1​QC​

Una carga monofásica consume 50 kW con un factor de potencia de 0,7 inductivo de una alimentación de 240 V y 60 Hz. Un condensador conectado en paralelo eleva el factor de potencia a 0,95. Halla la capacidad C necesaria.

P = 50 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,95V = 240 Vf = 60 Hz
C = µF
7.Resonancia LC, factor Q y ancho de bandaMedia
V22 Ω2,2 mH10 nF

Un circuito RLC serie tiene R = 22 Ω, L = 2,2 mH y C = 10 nF. Halla su factor de calidad Q.

R = 22 ΩL = 2,2 mHC = 10 nF
Q =
8.Resonancia LC, factor Q y ancho de bandaDifícil
C = 4,7 nFR = 5 ΩL = 22 µH

Un condensador de 4,7 nF cargado se descarga a través de una bobina de 22 µH con una resistencia total en serie de 5 Ω, así que la oscilación se va extinguiendo lentamente. Su amplitud decae como e−Rt/(2L). ¿Cuántos ciclos de oscilación n transcurren antes de que la amplitud se reduzca a la mitad? (Las pérdidas son pequeñas, así que la frecuencia es f₀.)

L = 22 µHC = 4,7 nFR = 5 Ω
n =
9.Potencia trifásicaMedia
ABCVL​ = 400 VIL​ = ?M18,5 kW, η = 91%cos φ = 0,9

Un motor de inducción trifásico entrega 18,5 kW de potencia mecánica útil a plena carga. Con esta carga su rendimiento es del 91 % y su factor de potencia es 0,9 inductivo. La alimentación tiene una tensión de línea de 400 V. Halla la corriente de línea IL.

Pout = 18,5 kWη = 91%cos φ = 0,9VL = 400 V
IL = A
10.Potencia trifásicaDifícil
P = 300 kWφ1​S1​Q2​QC​

Una carga trifásica equilibrada consume 300 kW con un factor de potencia de 0,78 inductivo de una alimentación de 690 V (de línea) y 60 Hz. Una batería trifásica de condensadores en paralelo con la carga debe elevar el factor de potencia total a 0,98 inductivo. La potencia activa no cambia. Los condensadores están conectados en triángulo. Halla la capacidad Cph de cada condensador en µF.

P = 300 kWpf1 = 0,78pf2 = 0,98VL = 690 Vf = 60 Hz
Cph = µF
11.Transitorios RC y RLMedia
+−Vs​5 Vt = 0R = 22 ΩL150 mHi(t)

La bobina no lleva corriente antes de que el interruptor se cierre en t = 0. ¿Cuánto tiempo después de cerrar el interruptor alcanza la corriente el 75 % de su valor final? Halla t.

Vs = 5 VR = 22 ΩL = 150 mH
t = ms
12.Transitorios RC y RLDifícil
+−Vs​15 VR1​ = 47 ΩR2​ = 33 Ωse cierra en t = 0L150 mHi(t)

El interruptor en paralelo con R2 lleva mucho tiempo abierto, así que la corriente de la bobina es estacionaria. En t = 0 el interruptor se cierra y cortocircuita R2. Halla la corriente de la bobina i en t = 5 ms.

Vs = 15 VR1 = 47 ΩR2 = 33 ΩL = 150 mHt = 5 ms
i = A
13.Thévenin y NortonMedia
R1​ = 12 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​18 VR2​5 ΩAab

Halla la resistencia de Thévenin Rth vista desde los terminales a–b.

V1 = 18 VR1 = 12 ΩR2 = 5 ΩR3 = 6 Ω
Rth = Ω
14.Thévenin y NortonDifícil
R1​ = 30 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​6 VR2​4 ΩAIs​2,5 ABab

Halla la corriente de Norton IN: la corriente que circula de a a b si se cortocircuitan los terminales.

V1 = 6 VIs = 2,5 AR1 = 30 ΩR2 = 4 ΩR3 = 25 Ω
IN = A
15.Diagramas de Bode y márgenesMedia
vin​C = 100 nFR = 1 kΩvout​

El filtro paso alto RC mostrado tiene R = 1 kΩ, C = 100 nF. Se aplica una entrada sinusoidal de 800 Hz. Halla la ganancia |H| = |vout/vin| en dB.

R = 1 kΩC = 100 nFf = 800 Hz
|H| = dB
16.Diagramas de Bode y márgenesDifícil
|H| (dB)0,10,1111010100100−80−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−270−180−900ω180​ = ?

Un lazo con realimentación unitaria tiene la función de transferencia en lazo abierto L(s) = 24/(s(s + 1)(s + 6)). Halla la frecuencia de cruce de fase ω180, donde ∠L(jω) = −180°.

L(s) = 24/(s(s + 1)(s + 6))
ω180 = rad/s

3Disoluciones

1.Números complejos

Respuesta: D (−2 + j8)

Forma polar: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ, con r = |z| y θ = arg z. Para volver a la forma rectangular: a = r cos θ, b = r sin θ. El argumento necesita el cuadrante: θ = atan(b/a) solo cuando a > 0; para a < 0 suma o resta 180°. En forma polar multiplicar es fácil: se multiplican los módulos y se suman los argumentos; para dividir se dividen los módulos y se restan los argumentos.

Efecto de w

|z·w| = 2·|z|, arg(z·w) = arg z + 90°

El punto

z·w = −2 + j8 → D

Respuesta

D (−2 + j8)
2.Números complejos

Respuesta: |z| = 4,123

De Moivre y raíces: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. La ecuación zⁿ = R∠φ tiene exactamente n raíces, todas con módulo R1/n, en los argumentos (φ + 360°·k)/n para k = 0, 1, …, n − 1: están repartidas uniformemente en una circunferencia, separadas 360°/n. Una ecuación cuadrática z² + pz + q = 0 con p² < 4q tiene las raíces complejas z = −p/2 ± j√(q − p²/4); un polinomio con coeficientes reales siempre tiene sus raíces complejas en pares conjugados a ± jb.

Discriminante

p² − 4q = 4 − 68 = −64 < 0

Fórmula cuadrática

z = (−2 ± j√64)/2 = −1 + j4, −1 − j4

Respuesta

|z| = √((−1)² + 4²) = √17 = 4,123

Respuesta

|z| = 4,123
3.Impedancia y fasores en alterna

Respuesta: I = 2,595 A

Circuitos de alterna con fasores: resistencias, bobinas y condensadores tienen impedancias R, jωL y 1/(jωC), con ω = 2πf. En serie, las impedancias se suman como resistencias, pero como números complejos. La corriente y la tensión eficaces siguen la ley de Ohm con |Z|.

Reactancia

XL = ωL = 2π·200·0,02 = 25,13 Ω

Corrientes de rama

Ambas ramas están conectadas directamente a la alimentación, así que cada una ve la tensión completa V.

IR = V/R = 50/30 = 1,667 A
IX = V/XL = 50/25,13 = 1,989 A

Corriente total

La corriente de la resistencia está en fase con V y la corriente reactiva está desfasada 90°, así que se suman como los catetos de un triángulo rectángulo.

I = √(IR² + IX²) = √(1,667² + 1,989²) = 2,595 A

Respuesta

I = 2,595 A
4.Impedancia y fasores en alterna

Respuesta: I = 0,1389 A

Circuitos de alterna con fasores: resistencias, bobinas y condensadores tienen impedancias R, jωL y 1/(jωC), con ω = 2πf. En serie, las impedancias se suman como resistencias, pero como números complejos. La corriente y la tensión eficaces siguen la ley de Ohm con |Z|.

Reactancias

ω = 2πf = 2π·200 = 1257 rad/s
XL = ωL = 1257·0,15 = 188,5 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(1257·47·10⁻⁶) = 16,93 Ω

Impedancia

En serie, las impedancias se suman como números complejos: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(20² + (171,6)²) = 172,7 Ω

Corriente

La misma corriente pasa por todos los elementos de un circuito en serie.

I = V/|Z| = 24/172,7 = 0,1389 A

Respuesta

I = 0,1389 A
5.Potencia en alterna y factor de potencia

Respuesta: Q = 24,55 kvar

Potencia en alterna: la potencia aparente S = V·I (VA) se divide en potencia activa P = S·cos φ (W), que hace trabajo útil, y potencia reactiva Q = S·sin φ (var), que va y viene entre fuente y carga. El factor de potencia es cos φ. Un condensador en paralelo aporta potencia reactiva en el propio punto, así que la corriente de línea baja para la misma potencia activa.

Ángulo

φ = arccos(0,65) = 49,46°, tan φ = 1,169

Potencia reactiva

Q = P·tan φ = 21·1,169 = 24,55 kvar

Respuesta

Q = 24,55 kvar
6.Potencia en alterna y factor de potencia

Respuesta: C = 1592 µF

Potencia en alterna: la potencia aparente S = V·I (VA) se divide en potencia activa P = S·cos φ (W), que hace trabajo útil, y potencia reactiva Q = S·sin φ (var), que va y viene entre fuente y carga. El factor de potencia es cos φ. Un condensador en paralelo aporta potencia reactiva en el propio punto, así que la corriente de línea baja para la misma potencia activa.

Potencia reactiva antes y después

La potencia activa P no cambia; solo cambia la potencia reactiva que se toma de la red.

Q1 = P·tan φ1 = 50·tan(45,57°) = 51,01 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 50·tan(18,19°) = 16,43 kvar
QC = Q1 − Q2 = 34,58 kvar

Capacidad

Un condensador conectado a la red aporta Q = V²·ωC.

C = QC/(2πf·V²) = 34576/(2π·60·240²) = 1592 µF

Respuesta

C = 1592 µF
7.Resonancia LC, factor Q y ancho de banda

Respuesta: Q = 21,32

Factor Q y ancho de banda: en un circuito resonante Q = 2π·(energía almacenada)/(energía perdida por ciclo). Para un RLC serie Q = ω0L/R = (1/R)√(L/C); para un RLC paralelo Q = R/(ω0L) = R√(C/L). El ancho de banda entre las frecuencias de media potencia f1 y f2 (donde la potencia es la mitad y la corriente o la tensión es 1/√2 de su valor máximo) es BW = f2 − f1 = f0/Q, que vale R/(2πL) en serie y 1/(2πRC) en paralelo. La frecuencia de resonancia es la media geométrica f0 = √(f1f2), y f1,2 = f0(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q)). Las pérdidas también hacen decaer la oscilación: en un RLC serie la amplitud cae como e−Rt/(2L).

Impedancia característica

√(L/C) = √(0,0022/1 × 10⁻⁸) = 469 Ω

Factor de calidad

Q = 469/22 = 21,32

Respuesta

Q = 21,32

La frecuencia de resonancia es 33,93 kHz, así que BW = f₀/Q = 1,592 kHz.

8.Resonancia LC, factor Q y ancho de banda

Respuesta: n = 3,019

Factor Q y ancho de banda: en un circuito resonante Q = 2π·(energía almacenada)/(energía perdida por ciclo). Para un RLC serie Q = ω0L/R = (1/R)√(L/C); para un RLC paralelo Q = R/(ω0L) = R√(C/L). El ancho de banda entre las frecuencias de media potencia f1 y f2 (donde la potencia es la mitad y la corriente o la tensión es 1/√2 de su valor máximo) es BW = f2 − f1 = f0/Q, que vale R/(2πL) en serie y 1/(2πRC) en paralelo. La frecuencia de resonancia es la media geométrica f0 = √(f1f2), y f1,2 = f0(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q)). Las pérdidas también hacen decaer la oscilación: en un RLC serie la amplitud cae como e−Rt/(2L).

Semivida de la amplitud

t = 2·2,2 × 10⁻⁵·ln 2/5 = 6,1 × 10⁻⁶ s

Número de ciclos

n = t·f0 = 6,1 × 10⁻⁶·494948 = 3,019

Respuesta

n = 3,019

Atajo: n = Q·ln 2/π con Q = 13,68.

9.Potencia trifásica

Respuesta: IL = 32,6 A

Sistemas trifásicos equilibrados: en una conexión en Y (estrella) la tensión de línea es √3 veces la tensión de fase, VL = √3·Vph, y la corriente de línea es igual a la corriente de fase. En una conexión en Δ (triángulo) la tensión de línea es igual a la tensión de fase y la corriente de línea es √3 veces la corriente de fase, IL = √3·Iph. La potencia total es tres veces la potencia de una fase: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.

Potencia eléctrica absorbida

Pin = Pout/η = 18,5/0,91 = 20,33 kW

Corriente de línea

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 20330/(√3·400·0,9) = 32,6 A

Respuesta

IL = 32,6 A
10.Potencia trifásica

Respuesta: Cph = 333,9 µF

Sistemas trifásicos equilibrados: en una conexión en Y (estrella) la tensión de línea es √3 veces la tensión de fase, VL = √3·Vph, y la corriente de línea es igual a la corriente de fase. En una conexión en Δ (triángulo) la tensión de línea es igual a la tensión de fase y la corriente de línea es √3 veces la corriente de fase, IL = √3·Iph. La potencia total es tres veces la potencia de una fase: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Corrección del factor de potencia: los condensadores aportan potencia reactiva en el propio punto, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Cada uno de los tres condensadores aporta QC/3 = V²·ω·C, donde V es la tensión en ese condensador: VL en una batería en triángulo, VL/√3 en una batería en estrella.

Potencia reactiva antes y después

La potencia activa no cambia, así que cada factor de potencia fija la potencia reactiva: Q = P·tan φ.

Q1 = 300·tan(acos 0,78) = 300·0,8023 = 240,7 kvar
Q2 = 300·tan(acos 0,98) = 300·0,2031 = 60,92 kvar

Potencia reactiva de los condensadores

QC = Q1 − Q2 = 179,8 kvar

Capacidad por fase

En una batería en triángulo cada condensador está conectado entre dos líneas.

V = 690 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 59922/(377·690²) = 333,9 µF

Respuesta

Cph = 333,9 µF
11.Transitorios RC y RL

Respuesta: t = 9,452 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.

Constante de tiempo y corriente final

Mucho después de cerrar el interruptor la bobina se comporta como un cortocircuito, así que la corriente final la fija solo R.

τ = L/R = 150 mH / 22 Ω = 6,818 ms
i(∞) = Vs/R = 5/22 = 0,2273 A

Despeja el tiempo

0,75 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,75)
t = −6,818·ln(0,25) = 9,452 ms

Respuesta

t = 9,452 ms
12.Transitorios RC y RL

Respuesta: i = 0,2917 A

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

Antes de t = 0 ambas resistencias están en el lazo; después el interruptor cerrado puentea R₂.

i(0) = 15/(47 + 33) = 0,1875 A
i(∞) = 15/47 = 0,3191 A
τ = L/R = 150/47 = 3,191 ms
i(t) = 0,3191 + (0,1875 − 0,3191)·e−t/τ

Corriente en el instante dado

i(5) = 0,3191 + (−0,1316)·e−5/3,191 = 0,2917 A

Respuesta

i = 0,2917 A
13.Thévenin y Norton

Respuesta: Rth = 9,529 Ω

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​ = 12 ΩR3​ = 6 ΩCORTOR2​5 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 = 12·5/(12+5) = 3,529 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,529 + 6 = 9,529 Ω
14.Thévenin y Norton

Respuesta: IN = 2,525 A

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​ = 30 ΩR3​ = 25 ΩCORTOR2​4 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 = 30·4/(30+4) = 3,529 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,529 + 25 = 28,53 Ω
R1​ = 30 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​6 VR2​4 ΩAIs​2,5 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) = 0,7059 + 2,5·3,529 = 9,529 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 9,529 + 2,5·25 = 72,03 V
IN​2,525 ARth​28,53 Ωab

Equivalente de Norton

Una fuente de Norton es el mismo circuito visto como una fuente de corriente en paralelo con R_th. Su corriente es la corriente de cortocircuito en a–b.

IN = Vth/Rth = 72,03/28,53 = 2,525 A
15.Diagramas de Bode y márgenes

Respuesta: |H| = −6,953 dB

Respuesta en frecuencia: sustituye s = jω en la función de transferencia. El módulo en decibelios es 20·log₁₀|H(jω)| y la fase es la suma de los ángulos de los factores del numerador menos los del denominador. Un filtro RC o RL de primer orden tiene su frecuencia de corte (−3 dB) en ωc = 1/(RC) o R/L, y fc = ωc/(2π); un filtro paso bajo da |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) y φ = −atan(ω/ωc). En el diagrama de Bode asintótico (de rectas) cada polo hace bajar el módulo 20 dB/década en su frecuencia de esquina, cada cero lo hace subir 20 dB/década, y un integrador 1/s da −20 dB/década en todas las frecuencias. Cruce de ganancia ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); margen de fase MF = 180° + ∠L(jωc). Cruce de fase ω180: ∠L(jω) = −180°; margen de ganancia MG = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. El lazo cerrado es estable cuando ambos márgenes son positivos.

Frecuencia de corte

ωc = 1/(RC) = 1/(1000·1 × 10⁻⁷) = 10000 rad/s
fc = 1592 Hz → f/fc = 800/1592 = 0,5027

Ganancia

|H| = 0,5027/√(1 + 0,5027²) = 0,4491
20·log₁₀(0,4491) = −6,953 dB

Respuesta

|H| = −6,953 dB
16.Diagramas de Bode y márgenes

Respuesta: ω180 = 2,449 rad/s

Respuesta en frecuencia: sustituye s = jω en la función de transferencia. El módulo en decibelios es 20·log₁₀|H(jω)| y la fase es la suma de los ángulos de los factores del numerador menos los del denominador. Un filtro RC o RL de primer orden tiene su frecuencia de corte (−3 dB) en ωc = 1/(RC) o R/L, y fc = ωc/(2π); un filtro paso bajo da |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) y φ = −atan(ω/ωc). En el diagrama de Bode asintótico (de rectas) cada polo hace bajar el módulo 20 dB/década en su frecuencia de esquina, cada cero lo hace subir 20 dB/década, y un integrador 1/s da −20 dB/década en todas las frecuencias. Cruce de ganancia ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); margen de fase MF = 180° + ∠L(jωc). Cruce de fase ω180: ∠L(jω) = −180°; margen de ganancia MG = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. El lazo cerrado es estable cuando ambos márgenes son positivos.

Cruce de fase

(ω/1)·(ω/6) = 1 → ω180 = √(1·6) = 2,449 rad/s

Respuesta

ω180 = 2,449 rad/s

ExamProblems · examproblems.com/courses/circuit-analysis-2