Contenido Capítulo 1 Diseño de circuitos impresos PCB...1

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1 Contenido Introducción... XVII Material de apoyo en la web... XVIII Capítulo 1 Diseño de circuitos impresos PCB Introducción Qué es una PCB? Proceso de implementación en PCB de un circuito eléctrico Fase de diseño Fase de fabricación Fase de ensamblaje Fase de test Qué es una norma IPC? Empresas de diseño, manufactura e innovación electrónica Cuál es la importancia de diseñar de acuerdo con la manufactura? Diseño de una PCB profesional, estándar IPC Planeación del diseño de la PCB Componentes THT y SMT Conociendo CircuitMaker Simulación y videotutorial Protoboard Cuestionario Práctica 1. Diseño de una PCB bajo estándares internacionales...23 Capítulo 2 El multímetro y conceptos esenciales Introducción Qué es un multímetro? Recomendaciones y cuidados para medir correctamente con el multímetro Medición correcta de corriente y voltaje Medición de corriente Medición de voltaje Qué es un nodo? Diferencias entre circuito en serie y circuito en paralelo Efecto de carga en una medición Lo que debemos saber sobre el circuito abierto y cortocircuito Circuito abierto... 40

2 VIII Contenido Cortocircuito Código de colores Diferencias entre tierra y neutro FEM frente a voltaje Lo que debemos saber sobre una descarga eléctrica Diferencias entre fuente real y fuente ideal Simulación y videotutorial Cuestionario Problemas del capítulo Práctica 2. Utilización del multímetro...55 Capítulo 3 Resistencia y conductores eléctricos Introducción Qué es resistencia? Conductores eléctricos Efecto del radio y longitud en la resistencia, ley de Ohm Efecto de la temperatura Resistencia y conductancia Tipos de resistores Tipos de potenciómetros Lectura de un potenciómetro Resistencia equivalente en serie y en paralelo Circuito en serie Circuito en paralelo Conductancia Aplicaciones del resistor Semiconductores Modelo de las bandas Clases de semiconductores Simulación y videotutorial Cuestionario Práctica 3. Ley de Ohm...79 Capítulo 4 Voltaje, corriente y potencia Introducción Qué es voltaje y qué es corriente? Voltaje Corriente Corriente, voltaje, magnetismo y movimiento electrónico Fuentes reguladas de voltaje... 90

3 Contenido IX 4.5. Potencia Fundamentos, prefijos y sufijos Energía eléctrica y lectura de un medidor de electricidad Energía Energía eléctrica Lectura de un medidor de electricidad de agujas Actividad de aprendizaje en clase: energía eléctrica Calcular la energía eléctrica en el hogar Actividad de aprendizaje en clase: lectura de contador demandómetro Ahorro de energía en el hogar Auditoría energética Actividad de aprendizaje en clase: auditoría eléctrica en casa Eficiencia en circuitos eléctricos Aplicaciones en la vida real Simulación y videotutorial Cuestionario Capítulo 5 Leyes de Kirchhoff Introducción Leyes de Kirchhoff Primera ley de Kirchhoff: ley de voltajes Divisor de voltaje Fuentes de voltaje en serie Notación de tierra y notación de subíndice Regulación de voltaje Aplicaciones de resistencias en serie Actividad de aprendizaje en clase: circuito en serie Segunda ley de Kirchhoff: ley de corrientes Divisor de corriente Fuentes de corriente, por qué en paralelo? Circuito abierto y cortocircuito Actividad de aprendizaje en clase: circuito paralelo Aplicaciones en la vida real Videotutorial Cuestionario Problemas del capítulo Práctica 4. Leyes de Kirchhoff Capítulo 6 Análisis de circuitos en serie-paralelos

4 X Contenido 6.1. Introducción Resistencia en serie-paralelo equivalente Cortocircuito y circuito abierto en redes en serie-paralelo Actividad de aprendizaje en clase: cortocircuito y circuito abierto en circuitos en serie-paralelo Análisis de circuitos en serie-paralelo Análisis de circuitos mediante conversión de fuentes Fuentes de corriente Conversión de fuentes Fuentes de corriente en paralelo Fuentes de corriente en serie Actividad de aprendizaje en clase: análisis en serie-paralelo y conversión de fuentes Conversión estrella-delta y delta-estrella Actividad de aprendizaje en clase: conversión estrella-delta Análisis de mallas Análisis de nodos Actividad de aprendizaje en clase: análisis de mallas y nodos Simulación y videotutorial Problemas del capítulo Práctica 5. Análisis de redes serie-paralelo en cortocircuito y circuito abierto Capítulo 7 Teorema de redes en DC Introducción Teorema de superposición Actividad de aprendizaje en clase: teorema de superposición Teoremas de Thévenin y Norton Teorema de Thévenin Teorema de Norton Actividad de aprendizaje en clase: Teoremas de Thévenin y Norton Máxima transferencia de potencia Actividad de aprendizaje en clase: máxima transferencia de potencia Teorema de Millman Simulación y videotutorial Cuestionario Problemas del capítulo Práctica 6. Teorema de superposición Práctica 7. Equivalente de Thévenin

5 Contenido XI Práctica 8. Equivalente de Norton Práctica 9. Teorema de máxima transferencia de potencia Capítulo 8 El capacitor Introducción Capacitancia y dieléctricos Capacitancia Dieléctrico Tipos de capacitores y lectura de códigos Comportamiento del capacitor en DC Análisis transitorio: curva de carga Análisis transitorio: curva de descarga Condiciones iniciales en circuito RC Capacitores en serie-paralelo Energía almacenada en un capacitor Análisis de capacitores DC en serie Análisis de capacitores DC en paralelo Aplicaciones de los capacitores Corrección del factor de potencia Arranque de motores eléctricos Filtro de señal (rectificación) Limitador de corriente DC Simulación y videotutorial Cuestionario Problemas del capítulo Práctica 10. El capacitor, curvas de carga-descarga Capítulo 9 El inductor Introducción Inductancia Construcción del inductor Clasificación y diseño de inductores Energía almacenada en un inductor Tipos de inductores Actividad de aprendizaje en clase: inductancia Introducción a la inducción electromagnética Ley de Faraday Ley de Lenz Actividad de aprendizaje en clase: ley de Faraday y ley de Lenz

6 XII Contenido 9.4. Comportamiento del inductor en DC Análisis transitorio: curva de carga Análisis transitorio: curva de descarga Condiciones iniciales en circuito RL Inductor en serie-paralelo Análisis de inductores DC en serie Actividad de aprendizaje en clase: análisis DC de inductores Análisis del inductor mediante simulación Aplicaciones de los inductores Cuestionario Problemas del capítulo Práctica 11. El inductor, curvas de carga-descarga Nota: Los capítulos 10 al 15 se encuentran en la página web del libro Capítulo 10 Simulación y medición de señales alternas Introducción Antecedentes históricos de la corriente eléctrica Conceptos preliminares: sistema eléctrico de potencia Generación Inducción electromagnética Onda senoidal Parámetros de medición de una onda senoidal Desfase senoidal Actividad de aprendizaje en clase: teorema de superposición Números complejos y señal senoidal Actividad de aprendizaje en clase: número complejo y forma polar Señal senoidal como fasor El osciloscopio La señal en el osciloscopio: su importancia Tipos de osciloscopio Sistemas y controles del osciloscopio Qué se puede medir con un osciloscopio? Medición en la pantalla del osciloscopio Puntas de osciloscopio Calibración del osciloscopio (punta) Técnicas de medida con osciloscopio Figuras de Lissajous Actividad de aprendizaje en clase: mediciones en osciloscopio Selección de un osciloscopio Simulación y videotutorial

7 Contenido XIII Cuestionario Problemas del capítulo Práctica 12. Medición de parámetros con osciloscopio Capítulo 11 Análisis de circuitos RL y RC en dominio de frecuencia Introducción Impedancias R, L y C Diagrama de impedancias R, L y C Operación de fasores Impedancia RL en paralelo Impedancia de un circuito RL en serie Potencia en circuitos AC Admitancia de un circuito RL paralelo Admitancia de un circuito en RC paralelo Actividad de aprendizaje en clase: circuito RL y RC Impedancia RLC en serie y en paralelo Impedancia del circuito RLC en serie Admitancia RLC en paralelo Actividad de aprendizaje en clase: Circuito RLC en serie y en paralelo Sistema de potencia y circuito inductivo Filtros de diagrama de Bode Ventaja del diagrama de Bode Filtro ideal Filtros de primer orden Filtro RC pasa bajas Filtro RL pasa altas Filtro RC pasa altas Filtro RL pasa bajas Filtro pasa banda Actividad de aprendizaje en clase: diagrama de Bode Simulación en el dominio de frecuencia Simulación de filtro RC pasa bajas Aplicaciones a la vida real Cuestionario Problemas del capítulo Capítulo 12 Análisis de redes AC y sistemas de potencia Introducción Análisis de redes AC en serie-paralelo Divisor de voltaje en AC

8 XIV Contenido Divisor de corriente en AC Circuitos en serie-paralelo Superposición Thévenin y Norton Máxima transferencia de potencia Demanda de un sistema eléctrico de potencia Potencia frente a carga eléctrica Diagrama unifilar Sistemas de transmisión de energía eléctrica Sistemas interconectados Impedancia en líneas de transmisión: pérdidas de potencia y eficiencia Incremento de potencia frente a impedancia Regulación de voltaje en sistemas de potencia Sistemas de distribución de energía eléctrica Sistema tarifario en México Factor de potencia Utilización en la industria y residencial Conceptos relevantes sobre un sistema nacional de energía eléctrica Videotutorial Cuestionario Problemas del capítulo Práctica 13. Circuitos AC, simulación virtual Capítulo 13 Potencia y factor de potencia Introducción Potencia y energía Potencia promedio Potencia AC en un circuito resistivo Potencia AC en un circuito inductivo Potencia AC en un circuito capacitivo Potencia en redes en serie-paralelo AC Potencia activa Potencia reactiva Potencia aparente Capacitores en baja y alta tensión Factor de potencia Triángulo de potencia Corrección del factor de potencia Sistemas con múltiples cargas

9 Contenido XV Tipos de compensación Aplicación en la industria Banco de capacitores en circuitos trifásicos Cuestionario Problemas del capítulo Capítulo 14 Sistemas polifásicos Introducción Sistema de potencia Ley de Faraday Generación de una FEM: aplicando las leyes de Lenz y Ampere El transformador Sistema monofásico frente a sistema trifásico Sistema monofásico Sistema trifásico balanceado Generador de conexión estrella frente a conexión delta Cargas conectadas en estrella Cargas conectadas en delta Sistemas balanceados, diagrama vectorial de voltaje y corriente Conexión trifásica Y- y -Y Sistemas trifásicos balanceados y potencia trifásica Cálculo de potencia en sistemas balanceados Método de vatímetros para medir potencia Sistema trifásico desbalanceado Aplicaciones: tierra y neutro en redes AC Sistemas aterrizados Cuestionario Problemas del capítulo Práctica 14. Comprobación de la ley de inducción de Faraday Capítulo 15 Semiconductores: estudio del diodo y del transistor Introducción Estructura de la materia 15.3 El enlace metálico: modelo de gas electrónico y modelo de bandas Modelo de gas-electrónico Modelo de bandas Semiconductor: diodo Semiconductor intrínseco Semiconductor extrínseco La unión P-N y N-P

10 XVI Contenido Curva característica del diodo Circuito equivalente del diodo Circuitos con diodos Filtrado de una señal rectificada Diodo Zener y estabilización de voltaje Cuestionario El transistor de unión bipolar Operación del transistor Parámetros α y β Análisis de la curva de operación del transistor Potencia en un transistor Configuraciones del transistor Tipos de transistores y encapsulado Polarización del transistor Punto de operación del transistor Análisis del amplificador Simulación y videotutorial Cuestionario Problemas del capítulo Práctica 15. Rectificación con diodos y diodo Zener Práctica 16. Transistor BTJ como amplificador Bibliografía