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1. Leyes de Kirchhoff

Las Leyes de Kirchhoff son fundamentales para el análisis de circuitos eléctricos. Nos permiten analizar circuitos complejos, donde el uso de la Ley de Ohm sola no es suficiente.

1.1 Ley de Corrientes de Kirchhoff (KCL)

La Ley de Corrientes de Kirchhoff establece que la suma de las corrientes que entran a un nodo (punto de unión entre varios componentes) es igual a la suma de las corrientes que salen de ese nodo. En otras palabras, la carga eléctrica se conserva en cualquier punto de un circuito.

Matemáticamente:

• Ejemplo: Si en un nodo entran 2A y 3A, entonces deben salir 5A en total.

1.2 Ley de Tensiones de Kirchhoff (KVL)

La Ley de Tensiones de Kirchhoff establece que la suma de las tensiones (o voltajes) alrededor de una malla cerrada (circuito cerrado) es igual a cero. Esto se debe a que la energía ganada por la corriente al pasar por una fuente de voltaje debe perderse en los componentes del circuito, como resistencias o capacitores.

Matemáticamente:

• Ejemplo: En una malla donde hay una batería de 12V y dos resistencias que caen 8V y 4V respectivamente, la suma de las tensiones es $12V-8V-4V=0$.

2. Teoremas de Thévenin y Norton

Estos teoremas son herramientas poderosas que permiten simplificar circuitos complejos en representaciones más simples, facilitando su análisis.

2.1 Teorema de Thévenin

El Teorema de Thévenin permite simplificar un circuito lineal a una fuente de voltaje en serie con una resistencia equivalente. El circuito externo (la carga) puede analizarse de manera más simple, usando solo estos dos elementos.

Pasos para aplicar el Teorema de Thévenin:

1. Identificar los dos puntos de interés (donde se conecta la carga).
2. Eliminar la carga del circuito y calcular la resistencia equivalente vista desde los dos puntos (denominada resistencia de Thévenin, RthR_{th}Rth​).
3. Calcular el voltaje de circuito abierto entre los dos puntos (denominado voltaje de Thévenin, VthV_{th}Vth​).
4. Representar el circuito original como una fuente de voltaje VthV_{th}Vth​ en serie con la resistencia RthR_{th}Rth​.

2.2 Teorema de Norton

El Teorema de Norton es similar al de Thévenin, pero simplifica el circuito a una fuente de corriente en paralelo con una resistencia equivalente.

Pasos para aplicar el Teorema de Norton:

1. Identificar los puntos de interés.
2. Eliminar la carga y calcular la corriente de cortocircuito (corriente que circularía si los dos puntos estuvieran conectados por un conductor ideal).
3. Calcular la resistencia equivalente entre los dos puntos.
4. Representar el circuito como una fuente de corriente en paralelo con la resistencia equivalente.

• Relación entre Thévenin y Norton: Los dos teoremas son equivalentes y se puede convertir una representación de Thévenin en una de Norton (y viceversa) usando las siguientes relaciones:

3. Análisis de Circuitos en Serie y Paralelo

El análisis de circuitos en serie y paralelo es crucial para entender cómo se comportan los componentes cuando se conectan en estas configuraciones.

3.1 Circuitos en Serie

En un circuito en serie, los componentes están conectados uno tras otro, y la corriente es la misma a través de todos los componentes.

• Resistencia Total (en serie): La resistencia total es la suma de todas las resistencias individuales.

ensión Total: La tensión total es la suma de las caídas de tensión a través de cada componente.

3.2 Circuitos en Paralelo

En un circuito en paralelo, los componentes están conectados de manera que cada uno tiene el mismo voltaje. Sin embargo, la corriente se divide entre los caminos paralelos.

• Resistencia Total (en paralelo): La resistencia total es el inverso de la suma de los inversos de las resistencias individuales.

Corriente Total: La corriente total es la suma de las corrientes a través de cada componente.

1. Introducción a los Circuitos Integrados (CI)

Los circuitos integrados (CI) son dispositivos esenciales en la electrónica moderna, donde múltiples componentes electrónicos, como transistores, diodos y resistencias, se combinan en un solo chip de silicio. Estos circuitos son la base de la lógica digital y los microcontroladores, que permiten la creación de dispositivos electrónicos compactos y eficientes.

2. Lógica Digital Básica

La lógica digital es el fundamento de los circuitos integrados que procesan información binaria, utilizando niveles de voltaje para representar los estados lógicos 0 (bajo) y 1 (alto). En este apartado, nos enfocaremos en las compuertas lógicas, que son los bloques de construcción básicos de los sistemas digitales.

2.1 Compuertas Lógicas

• Compuerta AND: Produce un resultado de 1 solo si ambas entradas son 1. De lo contrario, el resultado es 0.

  • Tabla de verdad:

    A	B	Salida
    0	0	0
    0	1	0
    1	0	0
    1	1	1

• Compuerta OR: Produce un resultado de 1 si al menos una de las entradas es 1. Solo da 0 si ambas entradas son 0.

  • Tabla de verdad:

    A	B	Salida
    0	0	0
    0	1	1
    1	0	1
    1	1	1

• Compuerta NOT: Inversa el valor de la entrada. Si la entrada es 1, la salida es 0, y viceversa.

  • Tabla de verdad:

    A	Salida
    0	1
    1	0

Aplicaciones de las Compuertas Lógicas

Las compuertas lógicas son fundamentales para la creación de circuitos más complejos, como los sumadores, multiplexores, y flip-flops, que son usados en sistemas digitales y en el diseño de microprocesadores.

3. Microcontroladores

Los microcontroladores son sistemas completos dentro de un chip que incluyen un procesador, memoria y periféricos de entrada/salida. Son ampliamente utilizados en aplicaciones de control y automatización debido a su capacidad para gestionar tareas específicas en dispositivos embebidos.

3.1 ¿Qué es un Microcontrolador?

• Un microcontrolador es un pequeño computador que ejecuta programas específicos almacenados en su memoria interna. Está compuesto por:
  • Unidad central de procesamiento (CPU): Ejecuta las instrucciones del programa.
  • Memoria (RAM, ROM, EEPROM): Almacena datos y programas.
  • Periféricos de entrada/salida (I/O): Para interactuar con sensores, actuadores y otros dispositivos.

3.2 Aplicaciones en Control y Automatización

Los microcontroladores se encuentran en una amplia variedad de aplicaciones, desde electrodomésticos hasta sistemas industriales complejos. Algunos ejemplos incluyen:

• Control de motores: Se usan para regular la velocidad, dirección y potencia de motores eléctricos.
• Automatización en el hogar: Controlan luces, sistemas de calefacción y dispositivos conectados.
• Automóviles: Se utilizan en sistemas de inyección de combustible, control de frenado (ABS) y entretenimiento a bordo.
• Robótica: Permiten la automatización y control de robots industriales y domésticos.

3.3 Arquitectura Básica de un Microcontrolador

• CPU: Procesa las instrucciones.
• Memoria Flash: Almacena el programa que se ejecuta.
• Memoria RAM: Utilizada para el almacenamiento temporal de datos.
• Entradas/Salidas (I/O): Pueden interactuar con sensores (entrada) y motores o LEDs (salida).