Fundamentos de circuitos eléctricos · PDF file2.5 Resistores en serie y...

Fundamentos de
Circuitoselctricos

t e r c e r a e d i c i n
Fundamentos de
Circuitos elctricos
Charles K. AlexanderCleveland State University
Matthew N. O. SadikuPrairie View A&M University
MXICO AUCKLAND BOGOT BUENOS AIRES CARACAS GUATEMALALISBOA LONDRES MADRID MILN MONTREAL NUEVA YORK
SAN FRANCISCO SAN JUAN SAN LUIS NUEVA DELHI SANTIAGOSO PAULO SIDNEY SINGAPUR TORONTO
TraduccinAristeo Vera Bermdez
Traductor profesional
Carlos Roberto Cordero PedrazaCatedrtico de Ingeniera Electrnica y Comunicaciones
Secretara de Marina Armada de Mxico, CESNAV
Revisin tcnicaFrancisco Martn del Campo
Profesor de Circuitos ElctricosUniversidad Iberoamericana, Ciudad de Mxico

Director Higher Education: Miguel ngel Toledo CastellanosDirector editorial: Ricardo A. del Bosque AlaynEditor sponsor: Pablo Eduardo Roig VzquezEditora de desarrollo: Paula Montao GonzlezSupervisor de produccin: Zeferino Garca Garca
FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS ELCTRICOSTercera edicin
Prohibida la reproduccin total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin la autorizacin escrita del editor.
DERECHOS RESERVADOS 2006 respecto a la segunda edicin en espaol porMcGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V.A subsidiary of The McGraw-Hill Companies, Inc.
Prolongacin Paseo de la Reforma 1015, Torre APiso 17, Colonia Desarrollo Santa Fe,Delegacin lvaro Obregn C. P. 01376, Mxico, D. F.Miembro de la Cmara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Nm. 736
ISBN 970-10-5606-X
Traducido de la tercera edicin de: FUNDAMENTALS OF ELECTRIC CIRCUITS, THIRD EDITIONCopyright MMVI by The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.Previous editions 2004, and 2000.ISBN 0-07-326800-3
1234567890 09875432106
Impreso en Mxico Printed in Mexico

Dedicada a nuestras esposas, Kikelomo y Hannah, cuya comprensin y ayuda
hicieron posible la realizacin de este libro.
Matthew
y
Chuck

vii
Prefacio xiiAgradecimientos xviVisita paso a paso xxNota para el estudiante xxiiiAcerca de los autores xxv
PARTE 1 Circuitos de cd 2
Captulo 1 Conceptos bsicos 3
1.1 Introduccin 41.2 Sistemas de unidades 41.3 Carga y corriente 61.4 Tensin 91.5 Potencia y energa 101.6 Elementos de circuitos 151.7 Aplicaciones 17
1.7.1 Tubo de imagen del televisor1.7.2 Recibos de consumo de electricidad
1.8 Solucin de problemas 201.9 Resumen 23
Preguntas de repaso 24Problemas 24Problemas de mayor extensin 27
Captulo 2 Leyes bsicas 29
2.1 Introduccin 302.2 Ley de Ohm 302.3 Nodos, ramas y mallas 352.4 Leyes de Kirchhoff 372.5 Resistores en serie y divisin de tensin 432.6 Resistores en paralelo y divisin de
corriente 452.7 Transformaciones estrella-delta 522.8 Aplicaciones 58
2.8.1 Sistemas de iluminacin2.8.2 Diseo de medidores de cd
2.9 Resumen 64Preguntas de repaso 66Problemas 67Problemas de mayor extensin 78
Captulo 3 Mtodos de anlisis 81
3.1 Introduccin 823.2 Anlisis nodal 823.3 Anlisis nodal con fuentes de tensin 883.4 Anlisis de lazo 933.5 Anlisis de lazo con fuentes de
corriente 983.6 Anlisis nodal y de lazo por
inspeccin 1003.7 Comparacin del anlisis nodal con el de
lazo 1043.8 Anlisis de circuitos con PSpice 1053.9 Aplicaciones: Circuitos transistorizados
de cd 1073.10 Resumen 112
Captulo 4 Teoremas de circuitos 127
4.1 Introduccin 1284.2 Propiedad de linealidad 1284.3 Superposicin 1304.4 Transformacin de fuentes 1354.5 Teorema de Thevenin 1394.6 Teorema de Norton 1454.7 Derivacin de los Teoremas de Thevenin y
Norton 1494.8 Mxima transferencia de potencia 1504.9 Comprobacin de teoremas de circuitos
con PSpice 152
Contenido

viii Contenido
4.10 Aplicaciones 1554.10.1 Modelado de fuentes4.10.2 Medicin de la resistencia
Captulo 5 Amplificadores operacionales 175
5.1 Introduccin 1765.2 Amplificadores operacionales 1765.3 Amplificador operacional ideal 1795.4 Amplificador inversor 1815.5 Amplificador no inversor 1835.6 Amplificador sumador 1855.7 Amplificador diferencial 1875.8 Circuitos con amplificadores operacionales
en cascada 1915.9 Anlisis de circuitos con amplificadores
operacionales con PSpice 1945.10 Aplicaciones 196
5.10.1 Convertidor digital-analgico5.10.2 Amplificadores para instrumentacin
Captulo 6 Capacitores e inductores 215
6.1 Introduccin 2166.2 Capacitores 2166.3 Capacitores en serie y en paralelo 2226.4 Inductores 2266.5 Inductores en serie y en paralelo 2306.6 Aplicaciones 233
6.6.1 Integrador6.6.2 Diferenciador6.6.3 Computadora analgica
Captulo 7 Circuitos de primer orden 253
7.1 Introduccin 2547.2 Circuito RC sin fuente 2547.3 Circuito RL sin fuente 2597.4 Funciones singulares 265
7.5 Respuesta escaln de un circuito RC 2737.6 Respuesta escaln de un circuito RL 2807.7 Circuitos de primer orden con
amplificadores operacionales 2847.8 Anlisis transitorio con PSpice 2897.9 Aplicaciones 293
7.9.1 Circuitos de retraso7.9.2 Unidad de flash fotogrfico7.9.3 Circuitos relevadores7.9.4 Circuitos de encendido de un automvil
Captulo 8 Circuitos de segundo orden 313
8.1 Introduccin 3148.2 Determinacin de valores iniciales
y finales 3148.3 Circuito RLC en serie sin fuente 3198.4 Circuito RLC en paralelo sin fuente 3268.5 Respuesta escaln de un circuito RLC en
serie 3318.6 Respuesta escaln de un circuito RLC en
paralelo 3368.7 Circuitos generales de segundo orden 3398.8 Circuitos de segundo orden con
amplificadores operacionales 3448.9 Anlisis de circuitos RLC con PSpice 3468.10 Dualidad 3508.11 Aplicaciones 353
8.11.1 Sistema de encendido de un automvil8.11.2 Circuitos suavisadores
PARTE 2 Circuitos de ca 368
Captulo 9 Senoides y fasores 369
9.1 Introduccin 3709.2 Senoides 3719.3 Fasores 3769.4 Relaciones fasoriales de elementos
de circuitos 3859.5 Impedancia y admitancia 3879.6 Las leyes de Kirchhoff en el dominio
frecuencial 3899.7 Combinaciones de impedancias 390

Contenido ix
9.8 Aplicaciones 3969.8.1 Desfasadores9.8.2 Puentes de ca
Captulo 10 Anlisis senoidal en estadoestable 413
10.1 Introduccin 41410.2 Anlisis nodal 41410.3 Anlisis de lazo 41710.4 Teorema de superposicin 421 10.5 Transformacin de fuentes 42410.6 Circuitos equivalentes de Thevenin
y Norton 42610.7 Circuitos de ca con amplificadores
operacionales 43110.8 Anlisis de ca con el uso de PSpice 43310.9 Aplicaciones 437
10.9.1 Multiplicador de capacitancia10.9.2 Osciladores
10.10 Resumen 441Preguntas de repaso 441Problemas 443
Captulo 11 Anlisis de potencia de ca 457
11.1 Introduccin 45811.2 Potencia instantnea y promedio 45811.3 Mxima transferencia de potencia
promedio 46411.4 Valor eficaz o rms 46711.5 Potencia aparente y factor de potencia 47011.6 Potencia compleja 47311.7 Conservacin de la potencia de ca 47711.8 Correccin del factor de potencia 48111.9 Aplicaciones 483
11.9.1 Medicin de la potencia11.9.2 Costo del consumo de electricidad
Captulo 12 Circuitos trifsicos 503
12.1 Introduccin 50412.2 Tensiones trifsicas balanceadas 50512.3 Conexin estrella-estrella balanceada 509
12.4 Conexin estrella-delta balanceada 51212.5 Conexin delta-delta balanceada 51412.6 Conexin delta-estrella balanceada 51612.7 Potencia en un sistema balanceado 51912.8 Sistemas trifsicos desbalanceados 52512.9 PSpice para circuitos trifsicos 52912.10 Aplicaciones 534
12.10.1 Medicin de la potencia trifsica12.10.2 Instalacin elctrica residencial
Captulo 13 Circuitos magnticamenteacoplados 555
13.1 Introduccin 55613.2 Inductancia mutua 55713.3 Energa en un circuito acoplado 56413.4 Transformadores lineales 56713.5 Transformadores ideales 57313.6 Autotransformadores ideales 58113.7 Transformadores trifsicos 58413.8 Anlisis con PSpice de circuitos
magnticamente acoplados 58613.9 Aplicaciones 591
13.9.1 El transformador como dispositivo de aislamiento
13.9.2 El transformador como dispositivo de acoplamiento
13.9.3 Distribucin de potencia13.10 Resumen 597
Captulo 14 Respuestas en frecuencia 613
14.1 Introduccin 61414.2 Funcin de transferencia 61414.3 La escala de decibeles 61714.4 Diagramas de Bode 61914.5 Resonancia en serie 62914.6 Resonancia en paralelo 63414.7 Filtros pasivos 637
14.7.1 Filtro pasabajas14.7.2 Filtro pasaaltas14.7.3 Filtro pasabanda14.7.4 Filtro rechazabanda
14.8 Filtros activos 64214.8.1 Filtro pasabajas de primer orden14.8.2 Filtro pasaaltas de primer orden

x Contenido
14.8.3 Filtro pasabanda14.8.4 Filtro rechazabanda (o de muesca)
14.9 Escalamiento 64814.9.1 Escalamiento de magnitud14.9.2 Escalamiento de frecuencia14.9.3 Escalamiento de magnitud y de frecuencia
14.10 Respuesta en frecuencia utilizando PSpice 652
14.11 Computacin con

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