PRINCIPIOS DE ELECTROCIDAD Y ELECTRONICA III

Capítulo 1
Conceptos y análisis de circuitos básicos en corriente alterna

1.1 Resistencia puramente óhmica.
1
1.2 La bobina en corriente alterna. Reactancia inductiva (XL).
1
1.3 El condensador en corriente alterna. Reactancia capacitiva (Xc).
1
1.4 Análisis de los circuitos elementales en corriente alterna.
6
1.4.1 Análisis del circuito puramente resistivo.
8
1.4.1.1 Potencia eléctrica desarrollada.
8
1.4.2 Análisis del circuito puramente inductivo.
12
1.4.2.1 Potencia eléctrica desarrollada.
15
1.4.3 Análisis del circuito puramente capacitivo.
17
1.4.3.1 Potencia eléctrica desarrollada.
21
1.5 Conceptos sobre potencia en corriente alterna (activa, reactiva, aparente y cos φ)
23
1.5.1 Potencia activa (P)
27
1.5.2 Potencia reactiva (Q)
27
1.5.3 Potencia aparente (S).
27
1.5.4 Factor de potencia (cos φ)
28
1.6 Ejercicios desarrollados
29
1.6.1 Cálculo de las potencias en el circuito inductivo.
33
1.6.2 Cálculo de las potencias en el circuito capacitivo.
33
1.7 Ejercicios propuestos
34
34

Capítulo 2
Introducción al cálculo de circuitos mediante números complejos
37
2.1 Introducción a los números complejos.
37
2.2 El operador j (unidad imaginaria).
38
2.2.1 El operador j hace girar un vector 90°.
38
2.3 Concepto de número complejo
41
2.4 Formas de expresión de un número complejo
2.4.1 Forma binómica .................................................. 44
2.4.2 Forma trigonométrica ........................................... 44
2.4.3 Forma polar .......................................................... 45
2.4.4 Ejercicio de ejemplo: Representación en la forma binómica, polar y trigonométrica: 46

2.5 Ejercicios desarrollados ...................................... 48

2.6 Operaciones básicas con los números complejos
2.6.1 Aplicación de la calculadora .................................. 51
2.6.1.1 Ejemplo de operaciones de conversión mediante calculadora 51
2.6.2 Suma de números complejos .................................... 53
2.6.2.1 Ejercicio de aplicación ........................................... 55
2.6.3 Resta de números complejos .................................... 58
2.6.3.1 Ejemplo de aplicación ........................................... 59
2.6.4 Operación de multiplicar .......................................... 60
2.6.4.1 Multiplicación en la forma binómica ........................ 61
2.6.4.2 Multiplicación en la forma polar ................................ 61
2.6.5 Operación de dividir ................................................... 62
2.6.5.1 División en la forma binómica ................................ 62
2.6.5.1.1 Conjugado de un complejo
2.6.5.2 División en la forma polar ....................................... 65

2.7 Aplicación de la notación compleja a los circuitos de electricidad y electrónica 62

2.8 Ejercicios propuestos ............................................. 66

Capítulo 3
Circuitos serie con resistencia, inductancia y capacidad (R - L - C) 73
3.1 Circuito serie R - L ..................................................... 73
3.1.1 Impedancia .............................................................. 76
3.1.2 Potencia ................................................................... 81
3.1.3 Ejercicio de ejemplo análisis .................................. 84
3.2 Circuito serie R-C ..................................................... 85
3.2.1 Impedancia ................................................................ 89

Control
3.2.2 Potencia.
89
3.2.3 Ejemplo de ejercicio de análisis.
91
3.3 Circuito serie R-L-C.
93
3.3.1 Principios básicos generales.
93
3.3.2 Ejemplo de cálculo.
98
3.3.3 Circuito R-L-C de carácter inductivo.
101
3.3.4 Circuito R-C-L de carácter capacitivo.
101
3.4 Resonancia en el circuito serie.
103
3.4.1 Principios básicos
103
3.4.2 Ejemplo de ejercicio.
106
3.5 Ejercicios desarrollados
109
3.5.1 Circuito R-L.
109
3.5.2 Circuito R-C
114
3.5.3 Circuito R-L-C
116
3.6 Ejercicios propuestos
120
Capítulo 4
Circuitos paralelo R-L-C: Principios básicos, resonancia
y compensación de potencia reactiva.
121
4.1 Introducción
121
4.1.1 Generalidades sobre suma de intensidades y potencias
123
4.2 Circuito paralelo R-C
126
4.2.1 Susceptancia y admitancia.
128
4.2.2 Ejemplo de ejercicio de cálculo de un circuito R-C.
132
4.2.3 Ejemplo de aplicación de las admitancias
134
4.3 Circuito paralelo R-L
135
4.3.1 Ejemplo de ejercicio de cálculo de un circuito R-L
137
4.4 Circuitos paralelo R-L-C.
139
4.4.1 Circuito de carácter capacitivo.
139
4.4.2 Circuito de carácter inductivo
142
4.4.3 Impedancia.
142
4.4.4 Ejemplo de ejercicio de cálculo de un circuito R-L-C
143
4.5 Resonancia en el circuito paralelo
149
4.6 Factor Q
156
4.7 Compensación de la potencia reactiva.
158
Capítulo 5: Introducción a la electrónica, con temas como semiconductores, termistores, células fotoconductoras, varistores y diodos, incluyendo polarización y valores básicos.
Capítulo 6: Circuitos de alimentación, con subtemas como transformadores, rectificación, filtrado y regulación de tensión, además de ejemplos de circuitos rectificadores prácticos.
Capítulo 8
Transistores
231
8.1 Introducción
8.1.1 El transistor amplifica.
231
8.1.1.1 Concepto de amplificar.
232
233
8.2 Principios básicos.
234
8.2.1 El transistor en la práctica.
8.2.1.1 Función básica que realiza el transistor.
235
8.2.1.2 Ganancia de corriente (β).
235
8.3 Configuraciones del transistor.
236
8.3.1 Configuración emisor común.
237
8.3.2 Configuración base común.
238
8.3.3 Configuración colector común.
239
8.4 Aplicaciones del transistor.
240
8.4.1 Amplificadores.
240
8.4.2 Osciladores.
241
8.4.3 Interruptores electrónicos.
241
8.5 Ejercicios desarrollados.
243
8.6 Ejercicios propuestos.
245
9.3 Regulación de potencia por ángulo de fase.. 271
9.3.1 Rectificación controlada 273
9.3.1.1 Calculo de la tensión de salida. 275
9.3.2 Circuito práctico regulador de potencia en continua. 276
9.3.2.1 Cálculo de la tensión de salida.. 278
9.3.2.2 Montaje práctico de experimentación. 279

9.4 El Triac.. 281
9.4.1 Función básica del Triac. 281
9.4.2 Estados de polarización. 282
9.4.3 Interruptor electrónico realizado con Triac 283

9.5 El Diac. 284
9.5.1 Función básica del Diac 284
9.5.2 Circuito regulador en alterna con Triac-Diac. 285
9.5.3 Circuito de luz crepuscular con Triac.. 287

Capítulo 10
Introducción a los circuitos integrados:
Generadores de señal (CI 555)

10.1 Introducción a los circuitos integrados 289
10.2 El circuito integrado 555. Generador de señales. 289
10.2.1 Estructura interna funcional. 292
10.2.2 Funciones básicas de sus patillas 292
10.3 El 555 en montaje generador de señales 292
10.3.1 Diagrama de ondas 295
10.3.2 Funcionamiento del circuito 296
10.3.3 Circuito práctico generador de ondas asimétricas. 297
10.3.4 Generador de ondas simétricas de f = 1 Hz. 298
10.4 El 555 como monoestable. Temporizador. 299
10.4.1 Funcionamiento del circuito 301
10.4.2 Circuito práctico temporizador con el 555. 301

Capítulo 11
Circuitos integrados reguladores de tensión.
11.1 Introducción 307
11.2 Reguladores de tensión serie 78XX/79XX.
11.2.1 Características generales.
11.2.2 Circuito de aplicación básica.
11.2.3 Montaje de un alimentador de 12 V con un 7812.
11.2.4 El 79XX. Regulador de salida negativa.
11.2.5 Alimentador con salida simétrica basado en un 7812 y 7912.
11.2.6 Reguladores de 3 A. Serie 78TXX.
11.2.6.1 Fuente de alimentación de 5 V y 3 A basada en un 78T05.
11.2.7 Reguladores de 100 mA. Serie 78LXX.
11.2.8 Estructura y circuito interno de un regulador 7812.
11.3 Reguladores de la serie LM317/337
11.3.1 Características generales.
11.3.2 Circuito básico de aplicación del LM317.
11.3.2.1 Circuito experimental del LM317.
11.3.3 Fuente de alimentación de salida variable basada en el LM317.
11.3.4 Circuito para ajustar la intensidad de salida máxima.

Capítulo 12
Amplificadores operacionales
12.1 Introducción
12.2 Características básicas de los amplificadores operacionales
12.2.1 Ancho de banda.
12.2.2 Amplificación de tensión
12.2.3 Impedancia de salida
12.2.4 Impedancia de entrada.
12.3 Los amplificadores operacionales son amplificadores diferenciales
12.3.1 Alimentación simétrica.
12.3.2 Entrada no inversora
12.3.3 Entrada inversora
12.3.4 Curva de respuesta saturación – saturación.
12.4 Consideraciones prácticas de cálculo con operacionales
12.4.1 El circuito integrado amplificador operacional uA741.
12.4.1.1 Características básicas
12.4.1.2 Ajuste del Offset... 339
340
Control
12.4.1.3 Ganancia (en lazo abierto) en función de la frecuencia.....340
12.5 Circuitos básicos con operacionales. Aplicaciones prácticas
12.5.1 Operación en lazo abierto y lazo cerrado. Realimentación. 342
12.5.2 La fuente de alimentación debe ser simétrica. 342
12.5.3 Circuitos de ajuste del offset 343
12.5.3.1 Ajuste en lazo abierto... 343
12.5.3.2 Ajuste en lazo cerrado 344
12.5.4 Circuito seguidor de tensión 346
12.5.5 Circuito amplificador inversor. 347
12.5.5.1 Ejemplo de cálculo y montaje práctico. 349
12.5.5.2 Experimentación con Multisim 351
12.5.6 Circuito amplificador no inversor. 352
12.5.6.1 Ejemplo de cálculo.. 353
12.5.7 Circuito sumador 355
12.5.8 Sumador no inversor 356
12.5.9 Circuito de media aritmética. 358
12.5.10 Circuito restador 359
12.5.10.1 Ejemplo práctico de cálculo 360
12.5.11 Circuitos convertidores temperatura - tensión.
12.5.11.1 Sensor de temperatura: diodo. 361
361
12.5.11.2 Sensor de temperatura: NTC 362
12.5.12 Generador de onda cuadrada. 363
12.5.13 Amplificador operacional de potencia para audio (sonido): TDA 2003. 366
12.5.13.1 Circuito práctico amplificador de sonido. 366

Capítulo 13
Introducción a la electrónica de potencia 371
13.1 Introducción 371
13.2 Sistemas Rectificadores trifásicos. 373
13.2.1 Rectificadores no controlados. 374
13.2.1.1 Rectificador trifásico de media onda. 376
13.2.2 Rectificador trifásico de doble onda. 381
13.2.3 Rectificadores controlados...
13.2.3.1 Rectificador controlado bifásico. 383
13.2.3.2 Puentes rectificadores semi controlados 383
13.2.3.3 Diodo volante... 386
13.2.3.4 Rectificador trifásico con puente semi controlado .....387
13.3 Inversores - Onduladores. 388
13.4 Control de potencia en alterna 389
13.5 Cicloconvertidores 390
13.6 Interruptores estáticos 391
13.7 Convertidores cc/cc. Choppers 392
13.7.1 Características principales 392
13.7.2 Tensión continua de salida.. 393
13.7.3 Duty cicle 394
13.8 Resumen de los tipos básicos de convertidores 396
13.9 Componentes electrónicos de potencia. 397
13.9.1 Diodos de potencia.. 397
13.9.1.1 Datos de características del diodo. 398
13.9.2 El tiristor (SCR) 400
13.9.2.1 Datos característicos del tiristor .400
13.9.3 El GTO .401
13.9.4 El MCT.. 402
13.9.5 El transistor MOSFET de potencia. 403
13.9.5.1 Ejemplos de MOSFET de potencia comerciales. 403
13.9.6 Transistor IGBT. 404
13.10 Circuitos prácticos. 405
13.10.1 Interruptores estáticos. Activación de cargas en alterna mediante señales digitales. 405
13.10.2 Regulador de potencia conmutado basado en MOSFET. .407
Respuestas a los ejercicios propuestos. .409

Principios de electricidad y electrónica III

En este tomo (III) de la serie se explican, de forma detallada y práctica, los circuitos básicos en corriente alterna (reactancias, impedancia, desfases, factor de potencia, potencias activas y reactivas, resonancia, etc.) así como una introducción al cálculo de circuitos mediante números complejos. Todo ello combinando adecuadamente los conceptos teóricos con la utilidad práctica, y apoyado por diversos ejercicios desarrollados. Además, en esta segunda edición, se han añadido 9 capítulos exclusivos sobre electrónica básica general, de manera que el libro ha quedado dividido en dos partes: Electricidad y Electrónica.

El objetivo principal de la parte de electrónica es proporcionar una introducción a la electrónica, cuya materia puede ser suficiente para según qué profesionales (por ejemplo, de otras especialidades), o bien permitir seguir estudios más avanzados de electrónica (lo cual se hace a partir del tomo IV). También puede resultar interesante para cubrir la parte fundamental de electrónica en Centros de Educación Técnica, Centros Vocacionales, Centros de Formación y Cursos de Capacitación (por ejemplo, el de Instalaciones Eléctricas y Automáticas).

El nivel técnico es básico-medio, procurando un máximo didactismo y un enfoque práctico. Estas características hacen que resulte de especial interés en los estudios de formación técnica profesional en general, así como a todo aquel interesado en la electricidad y electrónica.

Antonio Hermosa Donate es Técnico Superior en la especialidad de Electrónica y Sistemas Automáticos (EIB). Ha cursado estudios de Ingeniería Electrónica
éó
y de Electrónica de Potencia en General Motors (Alemania). Ha sido jefe del laboratorio de electrónica en las empresas Instrumentos Musicales Electrónicos (IME) y Eurelsa, donde diseñó varios modelos de órganos electrónicos comerciales. Asimismo, ha trabajado en Robótica y Electrónica de Potencia en General Motors. Desde 1997 es profesor en la Escuela Técnica Profesional del Clot (ETPC), Barcelona.

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