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INTRODUCCIÓN AL
HARDWARE
Prof. Gabriel Astudillo Muñoz
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Niveles de descripción
Aplicaciones
Lenguajes de alto nivel
Fundamentos de programación
Programación I
Programación II
Sistema Operativo
Teoría de sistemas operativos
Repertorio de
instrucciones
Arquitectura de
computadores
Organización HW
Circuito Digital
Físico
Sistemas digitales
Introducción al HW
TÓPICOS
Teoría de Redes Eléctricas

Conceptos Físicos

Sistemas de referencia

Variables eléctricas

Medición Variables

Componentes

Sistemas Lineales

Señales
CONCEPTOS
CONCEPTOS FÍSICOS
Carga Eléctrica:

Residente en partículas elementales:
 portadores de carga: Electrones

En ausencia de obstáculos los portadores se desplazarán
(producto de la interacción con otros) adquiriendo energía
cinética que será conocida como energía eléctrica.
CONCEPTOS ELÉCTRICOS
Energía Eléctrica:

Llega al consumidor final a través de sistemas conocidos
como redes eléctricas (instalaciones eléctricas)
 Producción
 Transformación
 Acumulación
 Transporte
 Consumo
CONCEPTOS ELÉCTRICOS
Circuito Eléctrico:

Modelo simplificado de:
 Una instalación real
 Dispositivo eléctrico: motor, transformador, etc.

¿Para qué sirve?
7/64
CONCEPTOS: MATERIALES
Tipos de materiales en instalaciones eléctricas

Conductores
 Permiten el movimiento de portadores de carga

Los electrones se mueven a ser sometidos a un campo eléctrico
 Se utilizan para el transporte de energía eléctrica
 Característica real: oposición ➛ calor

Semiconductores
 Impide en forma controlada el paso de portadores de carga

Aislantes
 La cantidad de portadores de carga que circula es despreciable
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CONCEPTOS: COMPONENTES
Un componente cualquiera puede representarse por un
pequeño rectángulo con sus terminales.
Los puntos a y b son los terminales de la componente y se
encuentran unidos (soldados o conectados) a los terminales de
un rectángulo mayor, que simboliza el resto de la red (circuito).
CONCEPTOS: TEORÍA DE REDES
La Teoría de Redes estudia sistemas formados por la
interconexión de componentes eléctricas.
Cada componente posee dos o más terminales conductores.
Asociados a los terminales pueden observarse y medirse
variables eléctricas: voltaje (tensión, diferencia de potencial) ,
corriente (intensidad) y potencia (consumo de energía).
Cada componente establece una relación entre sus variables
terminales.

Relación de Equilibrio (ecuación característica)
CONCEPTOS. TEORÍA DE REDES
Las conexiones entre componentes también implican una relación entre
las variables terminales de las componentes:

Leyes de Interconexión o leyes de Kirchhoff (~1845).
Una red puede describirse en forma gráfica, indicando: el tipo de
componentes y la forma en que están conectadas entre sí:

Asociada a dicha red habrá un sistema de ecuaciones que relacionan las variables
terminales: Ecuaciones de la Red.
La Teoría de Redes establece métodos para plantear y resolver las
Ecuaciones de la Red.
Para plantear efectivamente las ecuaciones de la red, es necesario conocer
qué son los sistemas de referencia.
SISTEMAS DE REFERENCIA
SISTEMAS DE REFERENCIA
Sistemas de referencia para medir posiciones.


Sean dos objetos P1 y P2 ubicados sobre una línea recta.
Se establece un sistema de referencia X para medir posiciones:
 indicar una posición de referencia
 una dirección en la cual los valores que toma la variable van
aumentando
 una escala de unidades para medir los valores
  P1 se encuentra en posición x1; y P2 en posición x2. Con: x1 =
-2; x2 =+3.
SISTEMAS DE REFERENCIA
Sistemas de referencia para medir posiciones.

Otro sistema de referencia :

En este caso: y1 = +2; y2 = -3.
SISTEMAS DE REFERENCIA
Sistemas de referencia para medir posiciones.

Se han mantenido la posición de referencia y la escala de unidades;
el único cambio es la dirección de referencia.

Entonces, la variable que describe la distancia entre P1 y P2, podría
describirse según:
d2,1

Con: d2,1 = x2 - x1.
SISTEMAS DE REFERENCIA
Sistemas de referencia para medir posiciones.

La flecha es un símbolo que describe cómo se debe medir la distancia.

La posición asociada a la punta de flecha, menos la posición asociada al
pequeño círculo del otro extremo de la flecha.

Con esta notación : d1,2 = - d2,1.
d2,1
d1,2

Entonces, el valor que toma una variable, depende del sistema de
referencia que se esté usando para medirla; y de la dirección de
referencia que se emplee para definirla.
VARIABLES ELÉCTRICAS
VARIABLES ELÉCTRICAS
• Corriente
• Flujo
de carga.
• Voltaje
• Diferencia
de voltajes con respecto a una referencia.
• Potencia
• Cantidad
de energía consumida por unidad de tiempo
MEDICIÓN DE VARIABLES
MEDICIÓN DE VARIABLES
Voltímetros y Amperímetros.

Para medir variables eléctricas se emplean
 amperímetros (para medir corrientes), unidad Ampere y
 voltímetros para medir voltajes, unidad Volt.

Estos instrumentos tienen dos terminales que deben ser
conectados a la componente.
 Uno de los terminales se marca con una flecha(o con un signo
positivo); el otro, sin marca, se denomina común.
MEDICIÓN DE VARIABLES
Corriente que circula de
aab
Corriente que circula de
baa
Diferencia de voltaje entre
a y b (Va – Vb)
Diferencial de voltaje
entre b y a (Vb – Va)
MEDICIÓN DE VARIABLES

Se definen una dirección de referencia para medir la corriente:
 se marca con una flecha a través de la componente; y

Una polaridad de referencia, para medir voltajes;
 entre los terminales de la componente.
Estas referencias indican cómo se deben medir las variables usando
instrumentos.
MEDICIÓN DE VARIABLES

Se tiene que:
 i es la corriente que circula desde a hacia b a través de la
componente.
 v es la diferencia de voltaje entre a y b.
MEDICIÓN DE VARIABLES
Posibles casos:

Si en cierto instante el voltaje en a es mayor que en b, v > 0.

Si en cierto instante el voltaje en a es igual al de b, v = 0.

Si en cierto instante el voltaje en a es menor al de b, v < 0.

Si hay movimiento de cargas positivas desde a hacia b, i > 0.


Si hay movimiento de cargas positivas desde b hacia a, i < 0.
Si no hay movimiento de cargas se tendrá: i = 0.
MEDICIÓN DE VARIABLES
Casos especiales

v1 = -v2

i1 = -i2
COMPONENTES
COMPONENTES
Cualquier componente se describe por

una relación entre sus variables terminales.
Los voltajes y corrientes asociadas a una componente no pueden variar de
cualquier manera,

deben cumplir la relación de equilibrio que los define. Ecuaciones
COMPONENTES
En general:
vc (t) = f ( ic ( t ))
ic(t)
vc(t)
C1
y
is(t)
vs (t) = f ( is ( t ))
Conocer el sistema eléctrico significa
encontrar la relación entre los
voltajes y corrientes de sus
componentes y resolver el sistema
de ecuaciones correspondiente.
vs(t)
Sistema
Eléctrico
SISTEMAS LINEALES
SISTEMAS LINEALES
• Un
sistema es lineal si las ecuaciones que lo modelan son lineales.
• Sea fi
la función característica del componente i-ésimo de un
sistema eléctrico de m componentes:
fi = fi ( v,i )
• Entonces
el sistema es lineal si se cumple:
fi ( k1 ⋅ v1 + k2 ⋅ v2 ) = k1 fi ( v1 ) + k2 fi ( v2 )
fi ( k1 ⋅ i1 + k2 ⋅ i2 ) = k1 fi ( i1 ) + k2 fi ( i2 )
∀i ∈{0,1,…, m − 1}
SISTEMAS LINEALES
• Estos
sistemas tienen ciertas leyes que facilitan su solución
mediante técnicas matemáticas.
• Pero
no todos los sistemas eléctricos son lineales.
Sistema
Eléctrico no
Lineal
=
Sub Sistema
Eléctrico
Lineal
Leyes
"
"lineales
+
Sub Sistema
Eléctrico no
Lineal
Leyes
es"
l
a
e
n
i
l
o
"n
SEÑALES
SEÑALES
• Las
• Se
señales eléctricas se representan:
• En
forma gráfica.
• En
forma algebraica (función)
verán las señales que tienen algunas relación con el ramo.
SEÑAL PERIÓDICA
• Es
un tipo de señal eléctrica que cumple con:
f (t) = f ( t + n ⋅ Τ )
donde f(t) es una función que
representa la señal eléctrica.
T representa el período de la señal
SEÑAL PERIÓDICA
Amplitud
Ciclo
Periódo
T = 1f
f: frecuencia
SEÑAL PERIÓDICA
• Valor
• Valor
Medio
1
f =
T
T
1
fef =
T
T
∫ f (τ ) dτ
0
Efectivo
∫ { f (τ )}
0
2
dτ
SEÑAL SENOIDAL
y=0
Ymáx
yef =
2
ω:frecuencia angular. [rad/s]
φ : ángulo de fase. [rad]
Se cumple :
ω ⋅ Τ = 2π
SEÑAL EXPONENCIAL
• Se
define como:
y(t) = A ⋅ e
• A: valor
•τ
− tτ
t≥0
inicial de la exponencial.
: Constante de tiempo. Determine la rapidez con que la función
tiende a cero.
SEÑAL EXPONENCIAL
• Se
define como:
y(t) = A ⋅ e
− tτ
t
0
1τ
2τ
3τ
4τ
5τ
y(t)
A
0,37A
0,14A
0,05A
0,018A
0,007A
%
37%
14%
5%
1.8%
0.1%
COMPARACIÓN DE EXPONENCIALES
Comparar τ1 y τ2
COMPARACIÓN DE EXPONENCIALES
Comparar τ1 y τ2
RÉGIMEN TRANSIENTE V/S
ESTACIONARIO
TRANSIENTE / ESTACIONARIO
• Transiente: estado
temporal en que la salida de un sistema se
ajusta gradualmente frente a un cambio en las entradas.
• Estacionario: es
el estado en que la salida toma ciertos valores
que son invariantes en el tiempo. La señal de salida no cambiará
sus propiedades mientras la entrada no varíe.
Entradas
Sistema
Salidas
Fenómenos Transitorios
TRANSIENTE / ESTACIONARIO
uito Serie RL con fuente de tensión alterna
oidal
FIN