Hispanopedia WikiEn ingeniería eléctrica , un circuito equivalente se refiere a un circuito teórico que conserva todas las características eléctricas de un circuito dado. A menudo, se busca un circuito equivalente que simplifique los cálculos y, en términos más generales, que sea la forma más simple de un circuito más complejo para facilitar el análisis . [ 1 ] En su forma más común, un circuito equivalente está compuesto por elementos lineales y pasivos . Sin embargo, se utilizan circuitos equivalentes más complejos que también aproximan el comportamiento no lineal del circuito original. Estos circuitos más complejos suelen denominarse macromodelos del circuito original. Un ejemplo de macromodelo es el circuito de Boyle para el amplificador operacional 741. [ 2 ]
Ejemplos
Equivalentes de Thévenin y Norton
Una de las propiedades más sorprendentes de la teoría de circuitos lineales se relaciona con la capacidad de tratar cualquier circuito de dos terminales, por muy complejo que sea, como si se comportara únicamente como una fuente y una impedancia, que tienen dos formas de circuito equivalente simples: [ 1 ] [ 3 ]
- Equivalente de Thévenin : Cualquier circuito lineal de dos terminales puede reemplazarse por una única fuente de voltaje y una impedancia en serie.
- Equivalente de Norton : Cualquier circuito lineal de dos terminales puede sustituirse por una fuente de corriente y una impedancia en paralelo.
Sin embargo, la impedancia única puede tener una complejidad arbitraria (en función de la frecuencia) y puede ser irreductible a una forma más simple.
Circuitos equivalentes de CC y CA
En los circuitos lineales , debido al principio de superposición , la salida de un circuito es igual a la suma de la salida debida únicamente a sus fuentes de CC y la salida debida únicamente a sus fuentes de CA. Por lo tanto, la respuesta de un circuito a CC y CA se analiza a menudo de forma independiente, utilizando circuitos equivalentes separados para CC y CA que tienen la misma respuesta que el circuito original a las corrientes de CC y CA, respectivamente. La respuesta compuesta se calcula sumando las respuestas de CC y CA.
- Se puede construir un equivalente de CC de un circuito reemplazando todas las capacitancias por circuitos abiertos, las inductancias por cortocircuitos y reduciendo las fuentes de CA a cero (reemplazando las fuentes de voltaje de CA por cortocircuitos y las fuentes de corriente de CA por circuitos abiertos).
- Se puede construir un circuito equivalente de CA reduciendo todas las fuentes de CC a cero (sustituyendo las fuentes de tensión de CC por cortocircuitos y las fuentes de corriente de CC por circuitos abiertos).
Esta técnica se suele extender a circuitos no lineales de pequeña señal, como los circuitos de tubos y transistores, linealizando el circuito alrededor del punto de polarización de CC ( punto Q) , utilizando un circuito equivalente de CA que se obtiene calculando la resistencia equivalente de CA de pequeña señal de los componentes no lineales en el punto de polarización.
Redes de dos puertos
Los circuitos lineales de cuatro terminales, en los que se aplica una señal a un par de terminales y se obtiene una salida de otro, suelen modelarse como redes de dos puertos . Estas pueden representarse mediante circuitos equivalentes simples de impedancias y fuentes dependientes. Para ser analizadas como una red de dos puertos, las corrientes aplicadas al circuito deben satisfacer la condición de puerto : la corriente que entra por un terminal de un puerto debe ser igual a la corriente que sale por el otro terminal del puerto. [ 4 ] Al linealizar un circuito no lineal alrededor de su punto de operación , se puede realizar una representación de dos puertos para transistores: véanse los circuitos híbridos de parámetros pi y h .
Circuitos delta y estrella
En los circuitos de potencia trifásicos , las fuentes y cargas trifásicas se pueden conectar de dos maneras diferentes: conexión en triángulo (delta) y conexión en estrella (estrella). Al analizar circuitos, a veces resulta más sencillo convertir entre circuitos equivalentes en estrella y en triángulo. Esto se puede realizar mediante la transformación estrella-triángulo .
baterías de iones de litio
El comportamiento eléctrico de una celda de batería de iones de litio se suele aproximar mediante un modelo de circuito equivalente . Dicho modelo consta de un generador de voltaje controlado por el estado de carga , que representa el voltaje en circuito abierto de la celda, una resistencia que representa la resistencia interna de la celda y algunos circuitos RC en paralelo para simular las transiciones dinámicas de voltaje.
En biología
Los circuitos equivalentes pueden utilizarse para describir y modelar eléctricamente a) materiales continuos o sistemas biológicos en los que la corriente no fluye realmente en circuitos definidos o b) reactancias distribuidas, como las que se encuentran en líneas o bobinados eléctricos, que no representan componentes discretos reales. [ 5 ] Por ejemplo, una membrana celular puede modelarse como una capacitancia (es decir, la bicapa lipídica ) en paralelo con combinaciones de resistencia y fuente de voltaje CC (es decir, canales iónicos alimentados por un gradiente iónico a través de la membrana ).
Véase también
Referencias
- 1 2 Johnson, DH (2003a). "Orígenes del concepto de circuito equivalente: el equivalente de fuente de voltaje" (PDF) . Actas del IEEE . 91 (4): 636– 640. doi : 10.1109/JPROC.2003.811716 . hdl : 1911/19968 .
- ↑ Richard C. Dorf (1997). Manual de ingeniería eléctrica . Nueva York: CRC Press. Fig. 27.4, pág. 711. ISBN 978-0-8493-8574-2.
- ↑ Johnson, DH (2003b). "Orígenes del concepto de circuito equivalente: el equivalente de fuente de corriente" (PDF) . Actas del IEEE . 91 (5): 817– 821. doi : 10.1109/JPROC.2003.811795 .
- ↑ PR Gray; PJ Hurst; SH Lewis; RG Meyer (2001). Análisis y diseño de circuitos integrados analógicos (Cuarta ed.). Nueva York: Wiley. pp. §3.2, p. 172. ISBN 978-0-471-32168-2.
- ↑ Van Haeverbeke, Maxime; Stock, Michiel; De Baets, Bernard (2022). " Equivalent Electrical Circuits and Their Use Across Electrochemical Impedance Spectroscopy Application Domains" . IEEE Access . 10 : 51363–51379 . Bibcode : 2022IEEEA..1051363H . doi : 10.1109/ACCESS.2022.3174067 . hdl : 1854/LU-8753927 . S2CID 248713808 .
- Teoremas de circuitos