Las resistencias disipan la energía, los capacitores e inductores la almacenan. Un capacitor es un elemento pasivo diseñado para almacenar energía en

Transcripción

1 CAPACITORES

2 Las resistencias disipan la energía, los capacitores e inductores la almacenan. Un capacitor es un elemento pasivo diseñado para almacenar energía en su campo eléctrico.

3 Construcción Están compuestos por dos placas conductoras separadas por un material asilante (o dieléctrico). El dieléctrico puede ser aire, cerámica, papel o mica. Símbolos

4 Cuando una fuente de tensión v se conecta al capacitor deposita una carga positiva q en una placa y una carga negativa q en la otra. Se dice que el capacitor almacena carga eléctrica. La cantidad de carga almacenada es directamente proporcional a la tensión aplicada: q = Cv C es la cte de proporcionalidad conocida como capacitancia, medida en farad (F).

5 Capacitancia es la proporción entre la carga en una placa de un capacitor y la diferencia de tensión entre las dos placas, medida en Farads (F). = /volt

6 Capacitancia La capacitancia depende de las dimensiones físicas del capacitor. C = εa d A = área superficial de la placa d = distancia entre las placas ε = permitividad del material dieléctrico entre placas

7 Factores que determinan la capacitancia: Area superficial de las placas: a mayor área, mayor capacitancia Espaciamiento entre las placas: a menor espacio, mayor capacitancia Permitividad del material: a mayor permitividad, mayor capacitancia

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9 Tipos de capacitores Fijos: Electrolíticos o polarizados (de aluminio o tantalio) No polarizados (poliéster, mica, cerámica, papel)

10 Tipos de capacitores Variables: Cambian su capacidad a través del movimiento de sus placas. Pueden ser Con dieléctrico de mica Con dieléctrico de aire

11 Corriente y voltaje Relación corriente-voltaje de un capacitor: i = C v = idt

12 Potencia y energía La potencia instantánea suministrada al capacitor es: p = vi = Cv dv dt La energía almacenada en un capacitor está dada por: w = q w = 1 2 Cv La energía almacenada en un capacitor puede recuperarse, un capacitor ideal no puede disipar energía.

13 Carga y descarga de energía

14 Carga y descarga de energía

15 Propiedades del capacitor: 1. Cuando la tensión entre sus extremos no varía en el tiempo (cd), la corriente que circula a través del mismo es cero circuito abierto 2. La tensión en un capacitor debe ser continua. La tensión en un capacitor no puede cambiar abruptamente. Inversamente, la corriente que circula en un capacitor puede cambiar de modo instantáneo 3. No disipa energía, toma la potencia del circuito cuando almacena la energía y devuelve la energía almacenada cuando suministra potencia al circuito

16 Para escoger un capacitor hay que tener en cuenta dos elementos: Su capacidad en Faradios Su rango de voltaje Esta información se encuentra normalmente en la cubierta de los capacitores: el valor de su capacitancia, el valor de su voltaje de trabajo y su polaridad (en caso de ser polarizados).

17 Ejercicios 1. Calcule la carga almacenada en un capacitor de 3pF con 20V a través de él. Halle la energía almacenada en el capacitor. 2. Cuál es la tensión de un capacitor de 3µF si la carga en una de sus placas es de 0.12mC? Cuánta energía se almacena? 3. La tensión en un capacitor de 5µF es v t = Volts. Calcule la corriente que circula por él. 4. Si un capacitor de 10µF se conecta a una fuente de tensión v t = t Volts, determine qué corriente circula por el capacitor.

18 Ejercicios Obtenga la energía almacenada en cada capacitor de la figura en condiciones de cd.

19 Ejercicios Obtenga la energía almacenada en cada capacitor de la figura en condiciones de cd.

20 Capacitores en paralelo i = i + i + i + + i dv i = C dt + C dv dt + C dv dt + + C dv i = C dt = C dv dt C = C + C + C + + C dv dt

21 Capacitores en serie v = v + v + v + + v v = i t dt + v (t ) + i t dt v (t ) + + i t dt + v (t ) + v = 1 [ i t dt] + v C (t )

22 Capacitores en serie v = 1 i t dt + v(t C ) 1 = C C C C C

23 Ejercicios

24 Ejercicios

25 INDUCTORES

26 Construcción Un inductor es un elemento pasivo diseñado para almacenar energía en su campo magnético. Todos los conductores de corriente eléctrica tienen propiedades inductivas y pueden considerarse inductores. Para aumentar el efecto inductivo, un inductor práctico suele formarse en una bobina cilíndrica con muchas vueltas de alambre conductor.

27 Construcción También se hace referencia a los inductores como bobinas o reactancias.

28 Tipos de inductores Por su forma: Solenoide Toroidal Compacto

29 Tipos de inductores Por su núcleo: De aire De ferrita De hierro De plástico De acero Símbolo

30 Inductancia Propiedad por la cual un inductor presenta oposición al cambio de corriente que fluye por él, en henrys. L = N μa l Donde N es el número de vueltas, l la longitud, A el área de la sección transversal y µ la permeabilidad del núcleo (Inductor solenoide)

31 Inductancia

32 Voltaje Cuando hay corriente en el inductor, la tensión es directamente proporcional a la velocidad de cambio de la intensidad de corriente. v = L di dt Donde L es la constante de proporcionalidad llamada inductancia, medida en henry (H). 1 H = 1 Vs/A

33 Corriente A partir de la ecuación de voltaje podemos obtener la ecuación de la corriente del inductor: i = 1 L v(t)dt

34 Potencia y energía La potencia suministrada al inductor está dada por: p = vi = L di dt i Y la energía almacenada es: w = 1 2 Li

35 Carga y descarga de energía

36 Carga y descarga de energía

37 Propiedades del inductor: 1. Cuando la corriente en el inductor es constante, la tensión entre sus extremos es de cero, es decir, en condiciones de cd se comporta como un cortocircuito 2. Un inductor se opone al cambio de corriente que fluye por él, por lo que la corriente que circula por un inductor no puede cambiar abruptamente. Sin embargo, su tensión sí puede cambiar de modo instantáneo 3. No disipa energía, toma la potencia del circuito cuando almacena la energía y devuelve la energía almacenada cuando suministra potencia al circuito

38 Ejercicios 1. La corriente que circula a través de un inductor de 0.1H es i t = 10te A. Halle la tensión en el inductor y la energía almacenada en él. 2. Si la corriente que circula a través de un inductor de 1mH es i t = 2 10 ma, halle la tensión entre las terminales y la energía almacenada.

39 Ejercicios En condiciones de cd, halle i, v, i y la energía almacenada en el capacitor y el inductor.

40 Ejercicios Determine v, i y la energía almacenada en el capacitor y el inductor en condiciones de cd.

41 Inductores en serie v = v + v + v + + v di v = L dt + L di dt + L di dt + + L di v = L dt = L di dt L = L + L + L + + L di dt

42 Inductores en paralelo i = i + i + i + + i i = v t dt + i (t ) + v t dt + i (t ) + + v t dt + i (t ) i = 1 [ v t dt] + i L (t )

43 Inductores en paralelo i = 1 v t dt + i(t L ) 1 L = 1 L + 1 L + 1 L L

44 Inductores en serie y paralelo Hallar la inductancia equivalente

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46 Propiedades generales de capacitores e inductores Para circuitos de cd: Los capacitores se oponen a cambios abruptos de tensión, mientras que los inductores se oponen a cambios abruptos de corriente. Esta propiedad hace útiles a los inductores para la supresión de chispas o arcos y para la conversión de una tensión intermitente de cd en una tensión de cd uniforme.

47 Propiedades generales de capacitores e inductores La capacidad para almacenar energía los hace útiles como fuentes temporales de tensión o corriente. Así, pueden usarse para generar una elevada cantidad de corriente o tensión por un breve periodo. Para circuitos de ca: Los capacitores e inductores son sensibles a la frecuencia. Esta propiedad los hace útiles para la discriminación de frecuencia.

48 TRANSFORMADORES

49 Propiedades del transformador El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto de nivel de voltaje, en energía alterna de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético. Está constituido por dos o más bobinas de alambre, aisladas entre sí eléctricamente por lo general arrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.

50 Construcción El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto de nivel de voltaje, en energía alterna de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético. Está constituido por dos o más bobinas de alambre, aisladas entre sí eléctricamente por lo general arrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.

51 Construcción

52 Relación de transformación Indica el aumento o decremento que sufre el valor de tensión de salida con respecto a la tensión de entrada, es decir, por cada volt de entrada cuántos volts hay en la salida. Np Ns = Vp Vs = Is Ip donde Np es el número de vueltas del devanado primario Ns es el número de vueltas del devanado secundario Vp es el voltaje en el primario o voltaje de entrada Vs es el voltaje en el secundario o voltaje de salida Ip es la corriente del primario o de entrada Is es la corriente del secundario o de salida

53 Relación de transformación

54 Aplicaciones Transformador elevador o reductor Transformador variable o variac Transformador de aislamiento Transformador de alimentación

55 DIODOS

56 Componente electrónico que permite el paso de la corriente en un solo sentido. Constan de la unión de dos tipos de material semiconductor, uno tipo P y otro tipo N, separados por una juntura llamada barrera o unión. Se fabrican comúnmente en silicio y germanio. La caída de voltaje en la unión es de 0.7 volts para el silicio y 0.3 volts para el germanio.

57 Polarización directa Cuando la corriente circula del ánodo A al cátodo K, siguiendo la ruta de la flecha del diodo. La corriente circula libremente como si fuera un corto circuito.

58 Polarización inversa Cuando se aplica una tensión inversa de manera que la corriente circule en sentido inverso, es decir, del cátodo al ánodo, en dirección opuesta a la flecha del diodo. La corriente no circula y se comporta como si fuera un circuito abierto.

59 Curvas características

60 Símbolos:

61 Tipos de diodos Rectificador Zener LED Fotodiodo Schottky (diodos barrera) Túnel Infrarrojos De inyección láser (ILD) Varicap

62 Circuitos comunes Rectificador de media onda

63 Circuitos comunes Rectificador de onda completa

64 Fuente de voltaje En conjunto con otras etapas, un puente de diodos puede servir para convertir una señal de ca en cd

65 Fuente de voltaje El estabilizador puede ser un componente especial o un diodo zener.

66 Fuente de voltaje Circuito completo