Sistemas eléctricos y electrónicos: circuitos, máquinas, electrónica de potencia y digital
El bloque eléctrico y electrónico examina el análisis de circuitos en continua y alterna, el funcionamiento de máquinas eléctricas, los convertidores de potencia y la electrónica digital con puertas, biestables y contadores.
Corriente continua y alterna
- Ley de Ohm, Kirchhoff de nudos y mallas, divisor de tensión, Thévenin y superposición. En serie las resistencias suman; en paralelo, 1/R_eq = Σ1/R_i.
- Potencia P = V·I = I²·R = V²/R; energía E = P·t, medida en kWh.
- Alterna: V_rms = V_p/√2; Z = √(R² + (X_L − X_C)²); hay resonancia cuando X_L = X_C. Potencias: S = V·I (VA), P = V·I·cos φ (W), Q = V·I·sen φ (VAr). Corregir el factor de potencia con condensadores reduce la corriente y las pérdidas.
Máquinas y electrónica de potencia
- Transformador ideal: V₁/V₂ = N₁/N₂ = I₂/I₁.
- Motor asíncrono: n_s = 60·f/p, con p = pares de polos, y deslizamiento s = (n_s − n)/n_s. Con 50 Hz y 4 polos, n_s = 1 500 rpm.
- Rectificación: media onda con un diodo, V_dc = V_p/π; onda completa con puente de Graetz, V_dc = 2·V_p/π ≈ 0,637·V_p. Tiristor para control de fase, chopper para continua (buck/boost), inversor para continua-alterna y TRIAC para alterna.
- Un diodo de silicio en conducción introduce una caída de unos 0,7 V.
Electrónica digital
- Álgebra de Boole, teoremas de De Morgan, tablas de verdad, Karnaugh, puertas básicas y universales (NAND, NOR); multiplexores y decodificadores; biestables D y JK, contadores y registros; conversión A/D y D/A.
Ejemplo resuelto
Circuito con V = 27 V, R₁ = 6 Ω en serie con el paralelo de R₂ = 12 Ω y R₃ = 4 Ω.
- R_p = (12·4)/(12 + 4) = 3 Ω.
- R_total = 6 + 3 = 9 Ω; I = 27/9 = 3 A.
- Tensión del paralelo: V_p = 3·3 = 9 V; I(R₂) = 9/12 = 0,75 A.
- Potencia en R₁: P = I²·R₁ = 9·6 = 54 W.
Trampas que restan puntos
- Confundir el valor de pico con el eficaz en alterna.
- Aplicar la fórmula de onda completa a un rectificador de media onda.
- Olvidar la caída de 0,7 V del diodo.
- Usar el número de polos en lugar de pares de polos al calcular n_s.
- Confundir potencia aparente con activa al hablar del factor de potencia.