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Antes de contemplar temas como la telecomunicación en sí misma, es necesario conocer conceptos base. Por ello se hace necesario repasar los conceptos básicos de los circuitos, ya que esta es la raíz de las telecomunicaciones. Este tipo de temáticas son bien conocidas por los profesionales de Ingeniería, pero aun así, un especialista no debe dejar espacios en blanco sobre esta terminología.
Un circuito eléctrico es una combinación de elementos activos y pasivos conectados entre sí por donde se desplazan las cargas eléctricas, teniendo en cuenta que un elemento activo es un elemento posible productor de energía (fuente) y uno pasivo es un consumidor de la misma. La acción de las fuentes (excitación) origina respuestas en el circuito, que son los valores de tensión y de corriente.
El circuito eléctrico, por tanto, es el recorrido preestablecido por el que se desplazan las cargas eléctricas. Existen dos ramas bien determinadas a la hora de estudiar los circuitos, una se denomina “Análisis de Circuitos” y la otra “Síntesis de Circuitos”.
En el “Análisis de Circuitos”, conociendo la excitación y la topología del circuito se calcula la respuesta, en cambio, en la rama “Síntesis de Circuitos” se determina los componentes del mismo conocidas la excitación y la respuesta. Esta asignatura se centra en el análisis de circuitos. Dependiendo de la naturaleza de la excitación se obtendrán varias formas de análisis de circuitos.
Si la función excitación es invariante en el tiempo se obtienen los circuitos excitados con corriente continua (c.c.); en cambio si la función excitación es sinusoidal, se obtienen los circuitos excitados con corriente alterna sinusoidal (c.a.).
Medidas de electricidad; base en los conceptos básicos de los circuitos
Las magnitudes que se utilizarán con más frecuencia en electricidad se describen la tabla 1, junto con sus unidades y sus símbolos más frecuentes en el Sistema Internacional. Cabe destacar que para los símbolos de las magnitudes se debe utilizar el tipo de letra itálica (inclinada) y para los símbolos de las unidades se deben emplear caracteres romanos (verticales).
Magnitudes básicas
Carga eléctrica
La descripción de todos los fenómenos eléctricos se basa en la carga eléctrica y su movimiento. La carga eléctrica es una propiedad de la materia que todos los cuerpos tienen. Su naturaleza es bipolar, y todos los cuerpos están cargados con carga positiva (+) o negativa (-), según predominen las cargas de un tipo u otro, o bien las cargas pueden compensarse, y en este caso el cuerpo es eléctricamente neutro.
La unidad de carga es el culombio, y se representa por la letra C. Experimentalmente se ha demostrado que la carga eléctrica existe en múltiplos enteros positivos o negativos del valor de la carga del electrón qe =1,602* 10-19 C, lo que implica que la carga está cuantizada. El desplazamiento de cargas entre cuerpos y su capacidad para producirlo, se mide mediante dos magnitudes: corriente y tensión, o voltaje.
Los conceptos básicos de los circuitos: corriente
Se define corriente eléctrica i como la variación de carga eléctrica q(t) con respecto al tiempo, que se produce en la sección transversal de un conductor y el amperio (A) es la unidad. Se entiende (por acuerdo) que el desplazamiento de cargas ideales positivas entre dos puntos origina una circulación de corriente en el sentido del desplazamiento de dichas cargas positivas.
En el seno de un material conductor, la corriente eléctrica se debe al desplazamiento de electrones libres, que son cargas elementales negativas, y por tanto la corriente tiene un sentido opuesto al del desplazamiento de los electrones. En un conductor, para indicar el sentido de la corriente se utiliza una saeta que muestra también el valor o magnitud de la corriente.
Tensión
La tensión eléctrica es la diferencia que existe entre los potenciales eléctricos de dos puntos de un circuito. En la figura 2 el sentido de la flecha indica que, si la magnitud es positiva, el potencial eléctrico en el punto origen de la flecha es superior al potencial eléctrico en el final de la flecha. También se puede definir la diferencia de potencial como la energía que hay que aplicarle a la unidad de carga para hacerla circular entre dos puntos.
Es por ello que se dice que una tensión positiva significa que es necesario suministrar energía para hacer circular cargas elementales positivas entre esos dos puntos. Se denomina dw al trabajo (en julios, J) para mover un diferencial de carga dq entre dos puntos que tienen potenciales eléctricos vA y vB. Se designa u a la tensión entre A y B, que puede escribirse en como u(t), entonces el valor de esta tensión es:
La unidad de tensión y potencial eléctrico en el Sistema Internacional de unidades es el voltio (V). Se puede indicar la polaridad de referencia de la tensión entre los terminales A y B de tres maneras diferentes.
Tensión entre dos puntos
Para describir verbalmente la tensión entre dos puntos, se pueden utilizar los términos de caída y elevación; por ejemplo, se tiene una caída de potencial entre A y B, cuando la carga desarrolla un trabajo al moverse de A hasta B; o, al contrario, se tiene una elevación de potencial entre B y A cuando se requiere un trabajo externo para mover la carga desde B hasta A.
En el caso de los circuitos eléctricos, en la figura 3, se muestra una carga eléctrica de 1 culombio, que en el punto A está a un potencial VA=7 voltios (respecto a un referencial que se denomina tierra en el punto O) y en el punto B a un potencial VB= 5 voltios. Entonces entre A y B existe una caída de potencial UAB=2 V, o bien de B a A existe una elevación de potencial de 2 voltios. La carga de 1C del punto A, será atraída por el campo eléctrico E pasando al punto B, desarrollando un trabajo y sufriendo una caída de potencial.
En cambio, si se pone la carga de 1C en el punto B, entonces para pasar al punto A que está a mayor potencial, un generador eléctrico debe comunicarle a la carga una energía en contra de las fuerzas del campo eléctrico, para mover la carga desde B hasta A.
Los conceptos básicos de los circuitos: diferencia potencial
La diferencia de potencial o tensión cumple con la siguiente relación: Uij= – Uji. En la Figura 3 se tiene que UAB =2 V, por lo que la tensión entre los puntos B y A será UBA= -2 V.
La tensión entre dos puntos extremos de un circuito es la suma de las tensiones entre los puntos intermedios. Si se tiene un circuito con las siguientes tensiones entre sus puntos intermedios: UAB=10 V; UBC= -6 V; UCD=+11 V, se tendrá una diferencia de potencial entre los puntos A y D de valor: UAD=UAB+UBC+UCD= +10-6+11=15 voltios, por lo que el punto A está a 15V por encima del punto D.
Si se desea calcular la tensión entre los puntos C y A resultará: UCA=UCB+UBA= – UBC – UAB= -(-6)-(10)= – 4 voltios, lo que indica que el C está a 4 V por debajo del potencial de A.
El profesional como actor de las telecomunicaciones
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