Fuente de voltaje y fuente de corriente PDF

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Teoría básica de circuitos

Circuitos de corriente directa

Fuente de voltaje ideal: (primera aproximación). Es una fuente que suministra un voltaje de salida constante, un voltaje que no depende del valor de la resistencia de carga R L conectada a la fuente. Una Fuente de tensión ideal se considera un dispositivo con resistencia interna cero (ri = 0), por lo que todo el voltaje suministrado aparece en los extremos de la carga. Una representación de un circuito con una fuente ideal de voltaje alimentando una carga resistiva se muestra en la figura 1 y el voltaje suministrado a un elemento de carga R L es mostrado en la figura 2.

Figura 1. Circuito con fuente de voltaje ideal

Figura 2. Gráfica del voltaje en la resistencia de carga RL en función de la resistencia de carga, para una fuente ideal

𝐼=

V 𝑅𝑒𝑞

=

V R

y como: 𝑉𝑅 = 𝐼 𝑅 𝑉𝑅 =

V 𝑅 = 𝑉 = 𝑐𝑡𝑒 R

𝑉𝑅  𝑓 (𝑅)

Todo el voltaje generado por la fuente aparece en los extremos de la resistencia RL.

Fuente real de voltaje: (segunda aproximación). Una fuente de voltaje real posee resistencia interna en serie diferente de cero, en consecuencia, el voltaje de salida ya no es constante y depende de los valores de la resistencia interna r i de la fuente y de la resistencia de carga RL. Una representación de un circuito con una fuente real de voltaje alimentando una carga resistiva se muestra en la figura 3 y el voltaje suministrado a un elemento de carga RL es mostrado en la figura 4.

Figura 3. Circuito con fuente de voltaje real

Figura 4. Gráfica del voltaje en la resistencia de carga R L en función de la resistencia de carga para una fuente real.

𝑉

𝐼 = 𝑅𝑇 = 𝑒𝑞

V 𝑟𝑖 + R

y como: 𝑉𝑅 = 𝐼 𝑅 𝑉𝑅 =

V 𝑟𝑖 + R

𝑉𝑅 = 𝑉

𝑅

R 𝑟𝑖 + R

𝑉𝑅 = 𝑓(𝑅) Si: R >> 𝑟𝑖 , Si: R = 𝑟𝑖 ,

𝑉𝑅 = 𝑉 = 𝑐𝑡𝑒 𝑉𝑅 =

V 2

Una condición para que 𝑉 𝑅 = V = cte, es:

R > 100 𝑟𝑖 . 𝑉𝑅 =

V V 𝑅= 𝑅 ≈ 𝑉 = 𝑐𝑡𝑒 0.01 R + R (1 + 0.01)R

La fuente de voltaje real se comporta cono una fuente de voltaje ideal.

Fuente ideal de corriente. Una fuente ideal de corriente suministra una corriente constante a una resistencia de carga independiente de su valor de resistencia, esto es, entrega una corriente constante. La resistencia interna de una fuente de corriente es idealmente infinita (ri = ) y se encuentra en paralelo con la fuente de corriente. Una representación de un circuito con una fuente ideal de corriente se muestra en la figura 5 y el comportamiento de la corriente suministrada a un elemento de carga RL es mostrado en la figura 6.

Figura 5. Circuito con fuente de corriente ideal

Figura 6. Gráfica de la corriente en la resistencia de carga R L en función de la resistencia de carga para una fuente de corriente ideal.

𝐼𝑅 = 𝐼 = 𝑐𝑡𝑒 𝐼𝑅  𝑓(𝑅) Cualquier corriente generada por la fuente de corriente atraviesa a R L.

Fuente de corriente real. Una fuente de corriente real posee resistencia interna no infinita y en consecuencia, el valor de la corriente entregada a una carga resistiva depende de los valores de su resistencia interna ri y del valor de la resistencia de carga RL. Una representación de un circuito con una fuente de corriente ideal se muestra en la figura 7 y el comportamiento de la corriente suministrada a un elemento de carga RL es mostrado en la figura 8.

I

R2 1k

Ri

Figura 7. Circuito con fuente de corriente real

Figura 8. Gráfica de la corriente en la resistencia de carga RL en función de la resistencia de carga para una fuente de corriente real

1 1 1 ri + R = + = 𝑟𝑖 R ri ∗ R 𝑅𝑒𝑞 𝑅𝑒𝑞 =

𝑟𝑖 ∗ R 𝑟𝑖 + R

y como: 𝑉𝑇 = 𝐼 𝑅𝑒𝑞 𝑉𝑇 = 𝐼

Ahora, 𝐼𝑅 = 𝐼𝑅 = 𝐼

𝑟𝑖 ∗ R 𝑟𝑖 + R

𝑉𝑇 R

=

𝑟𝑖 𝑟𝑖 + R

𝑟 ∗R 𝐼 𝑟𝑖 +R 𝑖 R

𝐼𝑅 = 𝑓(𝑅) Si: 𝑟𝑖 >> R, Si: 𝑟𝑖 = R,

𝐼𝑅 = 𝐼 = 𝑐𝑡𝑒 𝐼𝑅 =

I 2

Una condición para que 𝐼𝑅 = I = cte, es:

𝑟𝑖 > 100 R. 𝐼𝑅 = 𝐼

100 R 100 R+R

=𝐼

100 R (100+1) R

≈ 𝐼 = 𝑐𝑡𝑒

𝐼𝑅 ≈ 𝐼 = 𝑐𝑡𝑒

La fuente de corriente real se comporta cono una fuente de corriente ideal.

Referencias Bibliográficas

Malvino, A.P. Principios de Electrónica. Ed. McGraw – Hill. Diefenderfer, A.J. Instrumentación Electrónica. Ed. McGraw – Hill. Serway et al., 2009. Física para ciencias e ingeniería con Física Moderna. V2. Séptima edición. CENGAGE Learning....