[PDF] Fundamentos de circuitos eléctricos 5ta. Edición

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Fundamentos de

circuitos eléctricos

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Fundamentos de

circuitos eléctricos

Charles K. Alexander

Department of Electrical and Computer Engineering

Cleveland State University

Matthew N. O. Sadiku

Department of Electrical Engineering

Prairie View A&M University

REVISIÓN TÉCNICA:

Edgar Omar López Caudana

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey,

Campus Ciudad de México

Francisco Martín del Campo

Universidad Iberoamericana

José Francisco Piñón Rizo

Universidad La Salle

quinta edición MÉXICO € BOGOTÁ € BUENOS AIRES € CARACAS € GUATEMALA € MADRID € NUEVA YORK SAN JUAN € SANTIAGO € SAO PAULO € AUCKLAND € LONDRES € MILÁN € MONTREAL NUEVA DELHI € SAN FRANCISCO € SINGAPUR € ST. LOUIS € SIDNEY € TORONTO

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Director general México: Miguel Ángel Toledo Castellanos

Editor sponsor:

Pablo E. Roig Vázquez

Coordinadora editorial:

Marcela I. Rocha Martínez

Editor de desarrollo:

Edmundo Carlos Zúñiga Gutiérrez

Supervisor de producción:

Zeferino García García

Traductores:

Carlos Roberto Cordero Pedraza, Hugo Villagómez Velázquez

FUNDAMENTOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS

Quinta edición

Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin la autorización escrita del editor. DERECHOS RESERVADOS © 2013, 2006, respecto a la tercera edición en español por

McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. de C.V.

Prolongación Paseo de la Reforma 1015, Torre A,

Piso 17, Colonia Desarrollo Santa Fe,

Dele gación Álvaro Obregón

C.P. 01376, México, D.F.

Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana Reg. Núm. 736

ISBN: 978-607-15-0948-2

ISBN anterior: 978-970-10-5606-6

Traducido de la quinta edición de:

Fundamentals of Electric Circuits

, de Charles K. Alexander y Matthew N. O.

Sadiku. Copyright © 2013, 2009, 2007 and 2004 by The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

978-0-07-7338057-5

12345678902456789013

Impreso en Mé

xico Printed in Mexico

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Dedicado a nuestras esposas, Kikelomo y Hannah, cuya comprensión y ayuda hicieron posible la realización de este libro.

Matthew

y Chuck

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Contenido

Prefacio xi

Nota para el estudiante xvii

Acerca de los autores xix

PARTE 1

Circuitos de cd 2

Capítulo 1

Conceptos básicos 3

1.1 Introducción 4

1.2 Sistemas de unidades 5

1.3 Carga y corriente 5

1.4 Tensión 8

1.5 Potencia y energía 9

1.6 Elementos de circuitos 12

1.7 Aplicaciones 14

1.7.1 Tubo de imagen del televisor 14

1.7.2 Recibos de consumo de electricidad 16

1.8 Solución de problemas 17

1.9 Resumen 20

Preguntas de repaso 20

Problemas 21

Problemas de mayor extensión 23

Capítulo 2

Leyes básicas 25

2.1 Introducción 25

2.2 Ley de Ohm 26

2.3 Nodos, ramas y lazos 30

2.4 Leyes de Kirchhoff 32

2.5 Resistores en serie y división de tensión 37

2.6 Resistores en paralelo y división

de corriente 38

2.7 Transformaciones estrella-delta 44

2.8 Aplicaciones 48

2.8.1 Sistemas de iluminación 49

2.8.2 Diseño de medidores de cd 50

2.9 Resumen 54

Preguntas de repaso 54

Problemas 55

Problemas de mayor extensión 65

Capítulo 3

Métodos de análisis 67

3.1 Introducción 67

3.2 Análisis nodal 68

3.3 Análisis nodal con fuentes de tensión 74

3.4 Análisis de lazo 77

3.5 Análisis de lazo con fuentes

de corriente 81

3.6 Análisis nodal y de lazo

por inspección 83

3.7 Comparación del análisis nodal

con el de lazo 87

3.8 Análisis de circuitos con

PSpice 87

3.9 Aplicaciones: Circuitos transistorizados

de cd 89

3.10 Resumen 93

Preguntas de repaso 93

Problemas 94

Problemas de mayor extensión 105

Capítulo 4

Teoremas de circuitos 107

4.1 Introducción 108

4.2 Propiedad de linealidad 108

4.3 Superposición 110

4.4 Transformación de fuentes 114

4.5 Teorema de Thevenin 117

4.6 Teorema de Norton 122

4.7 Derivación de los teoremas de Thevenin

y Norton 125

4.8 Máxima transferencia de potencia 126

4.9 Comprobación de teoremas de circuitos

con

PSpice 128

4.10 Aplicaciones 131

4.10.1 Modelado de fuentes 131

4.10.2 Medición de la resistencia 133

4.11 Resumen 135

Preguntas de repaso 136

Problemas 136

Problemas de mayor extensión 147

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viiiContenido

Capítulo 5

Amplificadores

operacionales 149

5.1 Introducción 149

5.2 Amplificadores operacionales 150

5.3 Amplificador operacional ideal 153

5.4 Amplificador inversor 154

5.5 Amplificador no inversor 156

5.6 Amplificador sumador 158

5.7 Amplificador diferencial 159

5.8 Circuitos con amplificadores operacionales

en cascada 162

5.9 Análisis de circuitos con amplificadores

operacionales con

PSpice 165

5.10 Aplicaciones 166

5.10.1 Convertidor digital-analógico 166

5.10.2 Amplificadores para instrumentación 167

5.11 Resumen 169

Preguntas de repaso 170

Problemas 171

Problemas de mayor extensión 181

Capítulo 6

Capacitores e inductores 183

6.1 Introducción 183

6.2 Capacitores 184

6.3 Capacitores en serie y en paralelo 189

6.4 Inductores 192

6.5 Inductores en serie y en paralelo 196

6.6 Aplicaciones 199

6.6.1 Integrador 200

6.6.2 Diferenciador 201

6.6.3 Computadora analógica 202

6.7 Resumen 206

Preguntas de repaso 206

Problemas 207

Problemas de mayor extensión 215

Capítulo 7

Circuitos de primer orden 217

7.1 Introducción 217

7.2 Circuito

RC sin fuente 218

7.3 Circuito

RL sin fuente 222

7.4 Funciones de singularidad 227

7.5 Respuesta escalón de un circuito

RC 235

7.6 Respuesta escalón de un circuito

RL 240

7.7 Circuitos de primer orden con amplificadores

operacionales 244

7.8 Análisis transitorio con

PSpice 247

7.9 Aplicaciones 251

7.9.1 Circuitos de retraso 251

7.9.2 Unidad de flash fotográfico 252

7.9.3 Circuitos relevadores 254

7.9.4 Circuito de encendido de un automóvil 255

7.10 Resumen 256

Preguntas de repaso 256

Problemas 257

Problemas de mayor extensión 266

Capítulo 8

Circuitos de segundo orden 269

8.1 Introducción 269

8.2 Determinación de valores iniciales

y finales 270

8.3 Circuito

RLC en serie sin fuente 274

8.4 Circuito

RLC en paralelo sin fuente 280

8.5 Respuesta escalón de un circuito

RLC en serie 285

8.6 Respuesta escalón de un circuito

RLC en paralelo 290

8.7 Circuitos generales de segundo orden 292

8.8 Circuitos de segundo orden con amplificadores

operacionales 296

8.9 Análisis de circuitos

RLC con PSpice 298

8.10 Dualidad 302

8.11 Aplicaciones 304

8.11.1 Sistema de encendido de un automóvil 304

8.11.2 Circuitos suavizadores 306

8.12 Resumen 307

Preguntas de repaso 308

Problemas 309

Problemas de mayor extensión 317

PARTE 2

Circuitos de ca 318

Capítulo 9

Senoides y fasores 319

9.1 Introducción 319

9.2 Senoides 321

9.3 Fasores 325

9.4 Relaciones fasoriales de elementos

de circuitos 331

9.5 Impedancia y admitancia 333

9.6 Las leyes de Kirchhoff en el dominio

frecuencial 335

9.7 Combinaciones de impedancias 336

9.8 Aplicaciones 341

9.8.1 Desfasadores 341

9.8.2 Puentes de ca 343

9.9 Resumen 346

Preguntas de repaso 347

Problemas 347

Problemas de mayor extensión 354

Capítulo 10

Análisis senoidal en estado

estable 357

10.1 Introducción 357

10.2 Análisis nodal 358

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Contenido ix

10.3 Análisis de lazo 360

10.4 Teorema de superposición 363

10.5 Transformación de fuentes 366

10.6 Circuitos equivalentes de Thevenin

y Norton 367

10.7 Circuitos de ca con amplificadores

operacionales 371

10.8 Análisis de ca con el uso de

PSpice 373

10.9 Aplicaciones 377

10.9.1 Multiplicador de capacitancia 377

10.9.2 Osciladores 378

10.10 Resumen 380

Preguntas de repaso 380

Problemas 381

Capítulo 11

Análisis de potencia

de ca 393

11.1 Introducción 393

11.2 Potencias instantánea y promedio 394

11.3 Máxima transferencia de potencia

promedio 399

11.4 Valor eficaz o rms 402

11.5 Potencia aparente y factor de potencia 404

11.6 Potencia compleja 407

11.7 Conservación de la potencia de ca 410

11.8 Corrección del factor de potencia 413

11.9 Aplicaciones 415

11.9.1 Medición de la potencia 415

11.9.2 Costo del consumo de electricidad 417

11.10 Resumen 419

Preguntas de repaso 420

Problemas 420

Problemas de mayor extensión 428

Capítulo 12

Circuitos trifásicos 431

12.1 Introducción 431

12.2 Tensiones trifásicas balanceadas 433

12.3 Conexión estrella-estrella balanceada 436

12.4 Conexión estrella-delta balanceada 438

12.5 Conexión delta-delta balanceada 441

12.6 Conexión delta-estrella balanceada 442

12.7 Potencia en un sistema balanceado 445

12.8 Sistemas trifásicos desbalanceados 451

12.9

PSpice para circuitos trifásicos 454

12.10 Aplicaciones 459

12.10.1 Medición de la potencia trifásica 459

12.10.2 Instalación eléctrica residencial 464

12.11 Resumen 466

Preguntas de repaso 466

Problemas 467

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