Introduccion-al-analisis-de-circuitos-robert-l-boylestad

1234 Pages·2012·45.35 MB·English

DECIMA
—— EDICION

Introduccion al —
analisis de circuitos

Robert L. Boylestad

MSH

Bau)

om

a
d

TRADUCCION
Ing. Carlos Mendoza Barraza
Instituto Tecnoldgico y de Estudios Superiores de Monterrey
Campus Estado de México

Ing. José de la Cera Alonso
Facultad de Ingenieria
Universidad Nacional Autonoma de México

REVISION TECNICA

M. en C. Agustin Suérez Fernandez

Departamento de Ingenieria Eléctrica

Universidad Autonoma Metropolitana
Plantel Iztapalapa

Dr. Juan Carlos Sanchez Garcia
Ing. Gonzalo Duchén Sanchez
Seccién de Estudios de Posgrado ¢ Investigacion
Escuela Superior de Ingenieria Mecdnica y Eléctrica
Instituto Politécnico Nacional
Unidad Cuthuacén

Jorge Leonardo Castellanos Irias

PEARSON

_—_—$—$—$—
Educacion
®

MEXICO * ARGENTINA * BRASIL * COLOMBIA ¢ COSTA RICA * CHILE * ECUADOR
ESPANA * GUATEMALA ¢ PANAMA ° PERU * PUERTO RICO * URUGUAY * VENEZUELA
gin

PEARSON EDUCACION és 200

Fama: 21 27m Pignas 268

Atorized aston from the Engh angusge edn etd tractor
‘Cnt Ana, Tenth Edo, by Robert Bovlsiad pals by Pearson Edt, I
‘uinhing 3s PRENTICE HALL. INC. Copyright ©2003 Aight reserved

ISBN G13. 097417

‘Tiadeci sorzas deb eicion en iim ng tld rads Cit
Anolis Teh Editon, por Robert L Beslesad pabicad or Pesron Eaton I
pubiada como PRENTICE HALL, INC. Copynght ©2008, Tedos los derechos reer,

Esa eicin en epi a iia atin

acim en espaol
Estee Cuitermo Tajo Mendoza

mail pllenno tno earned. com
Soperiora de desis; Diana Karen Moa Gone
Superior de producioa: Enrige Tc Heiner

DDECIMA EDICION, 2004
DR. © 200 pr Peason Eacacin de México. S.A. eC
‘aacemeleo No. 5005" po
Cok. Indl Arto
53819, Naoalpn de Jase, Edo de Mésco
Eo edit aniversidaes @pearsoned com
‘Chara Nach el India El Merc.
Rep. Nam. 131

Premice Hl es una mara regia de Feateon Eda de Mico SA. de CN,

Reserva tos fos derechos. Nia tad parte de eta pblicacin pueden repradusine registrar 0 Wansmiine,
rn siema de recopeacin de informacion. en ing forma mp ningun medi, ea lence, mince, logic
Imagneicae elecospc, pr flop grace cualgue to, in perme revi ect del eo

pesto, sel csi tra forma de cei de node ce enplar eeri unbic a aorizasie el tro
86s representa

ISBN 970-2608.

Inpreso en México ried in Mesa

1234567 890-05 04 03 02
Para Else Marie
Alison, Mark, Keley, Morgan y Cody
Eric, Rachel y Samantha

‘Stacey, Jonathan y Britt

Johanna
Prefacio 4

‘A media que excriba este prefaco pra la dca ein
‘de Analisis intaductoio de cinco, me fae imposible 00
‘efleionae solve los pasados 34 aos Je sa histor, Hao
‘momentos en gue fe paicuarmente dificil identiicar lox
temas que se habjan atuaizado, si un nuevo tema debia
dis, sel desarllo se encontraba 4. un vel adceuado
© si cra matematicamenme muy complejo. si la coberura
‘omptacional dea ser ampiiad, ee. Porfrtan, sn nt

preguntas de los esti, tant elas sesones
4e clase como en os laboratories en combinacin con fos
comentarios de fs colepasy revisres. me aywdaron a de-
fiir las dreas que requerian redisebarse y los temas que
debian sare, No nbstan, em mi interés por satisfac 8
todos. libro adguirié un tama que me abligs 2 consi-
era seriamenic la posibilidad de eliminae sections ¢in-
uso capitules completes. Sin embargo, la reacion general
ante al cambio fue tn negative que me parecié mejor l=
termativa aceptar simplemente el hecho de que todo material
nuevo podria ser considerado para su inclusién Unicamente
‘alguna pate del ibe cuyo tama faese similar padi
liminarse.

‘Siempre results interesante que cam me siento a es
cribirel pefacio para una edict, ya me encente al ant
4e los cambios que se preseutarin en a siguieme. Por
‘ejemplo, al enfocarme sobre el cea de cGmputo para eta
dic, sent una fete necesiad de consevar ls descrip
Cones detalladas que aparecen con las aplicaciones de
pice, Mathcad y Electonics Workbench. Sin embargo.
Ia calidad deta literatura de apoyo ha mejorado de forma
‘importante en adios recientes levindome a pensar que la
mayor parte del detalle ser climinada en la onceava edi-
in; posblemente soko xe proporcionarin los archivos de
Salida e imprestones. Uno de hs retos que mis disfato
con cada nueva ediciones Hepat 9 algo realmente innova
dor que apoye el proceso de aprendizaje. En la novena
edicin esto sinifico atadir numerosos ejemplos peict
0s, yen la octavfuc el deal ofrecdo para dae soport
1a version Windows de Spice. Retocediendo hasta la
‘Quinta edichn (1987), recuerdo que se disuti acerca de
seca conveniente presemar el analisis por computedora
ten el texto con ls adicion de programas en BASIC, Ev
envemente. hacerlo fae una decision acertads cuando
jbservamos la cobertura que se ofrece a tal andiss en la
‘mayors de Tos textos actuals. En ota edicion ep
‘medular consistié en decidir la ampliacidn de capitulo
Inical sobre operaciones matemticss, dado que observe
«que muchos estudiantes carecan de la formachinadecua
db par el wabsjo a seguir. La revisign es un proceso con-

ey

tinwo que offece un reto maravilloso pars uturas edi

‘Los cambios mis evidentes en eta edicin estn en el
rea de cémpato. Me enconatasatisfecho con la versa
‘e's familia OrCAD 9.2 Lite Eston, que te permit mi-
‘rar desde la versa 8. Recwerdo que cuando finalmente
‘me sem sro wtilizndo a erin DOS de Spice. se pre
‘sent aversion de Windows: entonces me di cuenta de que
‘vn cuando habia desamatiado mii habiidad en el moo
DOS. debia aprender ese nocvo enfoque. AI principio ese
‘we remlentey me centraba en eR fod aguello ge 0 ne
stab acerca de la versin Widows Sin embargo medkan-
{ela pci. y con el tempo, advert que evidememente exe
seri el camino del fae: y, por supuesto, ahora apreci et
‘cambio. Lo mismo sucedhd en cierto forma. evando Ya es
{aba famiiatizado con la vetsin 8 de PSpice y se intro-
dujo Ix versién 9 (bajo un nuevo propetari ttlar) con
vaios cambios. Durante cierto periodo permaneci con 1a
versién 8 en lagr de hacer el cambio: no obstane, la em
esa Cadence Design Systems reals un esfuero impor-
tame para saavizar Jos cambios y restablcer su cercana
skocacin coo la versign de MicroSim. Ha legado el mo-
mento de migra la nueva versisn. La mayor parte de fos
‘cambios se encoenta em It ilerfaz de wsrioy en alg
ras de as secvencas de simula: sin embargo elector
puede estar seguro de ques e encuentra familiarizado con
Ta vers 8 y dedica algunos minutos a revsar el material
introdactoro de este texto a nueva versin prom Tepe
‘cer tan amigable como la anterior. De echo. con sepundad
‘agradecer alpunos de los cambios que se realizaren.

Para esta edicin se inconpons la Version Multsim 2001
4 Electonics Workbench como respuesta creienle
uso por pate de varias insituciones.Tiene la noable ven
{aja de permit el uso de insruonentos reales para realizar
‘as mediciones. proporcionando alos estadiames una expe-
riencia de laboratoro al wilizar la computador

Por ikimo, decid permit qe Matha jugara un papel
activo en el proceso de aprendizae. En la setalidad los
fstudiantes son muy ripidos para aprender Ia forma de
aplicar los paquetes de software, asf que supuse que la
habiidad para realizar operaciones matemsticss comple
on la computador nicamen Ios incitaria a fanilivzat-
‘se mis con los metodos por compatadoa. Todavia resend
los tempos en que los estudiantes permanecian seats
“experimentando cierto temo cud lex mostraba Ia fom
‘de realizar algunas operaciones hisicas com ayuda de la
‘computadora. En la staaliad. debo permanscer en alee
{a constant para responder alas preguntas que hacen.
WIth PREFACIO

tengo que reconocero, en ccasiones necesito efectuar a
‘guna investigacin antes de poder comtstarles adecuads-

La cobertua de C++ permanece igual como respuesta
os comentarios positives dels wsaarios actuals. Sin em-
‘azo. con la incorporacion de Electonics Workbench,
apoyado en abservaciones defo evisores, decid eliminar
Tos programas en BASIC y sus descipciones

Durante los limos aos, he ecibilo nomensos com
smentaros cerca del orden dels dkimos captulos del li-
bra. En esta ccasion,revisé minuciosamente ese contenido
Y decid que algunos de ls cambios recomendados ran
‘aids y debian ser ralizados, Sin embargo, debo admitie.
‘ge ef nuevo orden es principalmente resultado demi pro-
pia experiencia de enseitanza y de cémo perc que los
temas debian ser eubiertos en ut texto itrouctorio. El of-
den de las seociones mumeradas en el capita 12 (nduc-
ores) tambign fue modificado para asegurar que Jos temas
ds importantes se eubeeran al principio, y que fa wiliza-
‘ion de la ecuacion general para el comporiamiento tran
Sitio se presentara To antes posible a fin de que podiera
aplicarse alo largo del capitulo.

‘Otros cambios evidentes incluyen la eiminacion del
‘material que rodeaba la presenta de los superconduc
‘ores debido aque las expicaciones requeran una formacion
‘mds allé dl nivel actual de lo estudiantes. Tabi, abo-
vel término rine se wii prctcamente de forma exc
‘iva en lugar de ef como sucediaen ediciones anteriores.
En la descripcion del dlgebra soil las letras A. B y C
se reemplazaron por X.Y y Z para offecer wn puente entre
las operaciones matemiticasy Tos parimeteos de ed. En cl
capitulo 10 sobre capacitoes, Is ecuacién general para
el comportamient transitorio se presenta To antes posible
‘ara permis aplicaion a lo largo de captlo, De he-
cho, ahora se wiliza alo larg del capitulo 24 de manera
‘ie fos estudiantes no tengan que femirse alas ecuacio-
es bisieas de defnicion presemadas con amerioridad.

En la dreecion de Invern:

sornepearsoneducacon nevbovestad

se encuentran ejerccios, aplicaciones prieticasy achivos
e circuits, tao para Eletonies Workbench como para
Matis,

‘Un paguete completo de materia de apoyo scompaa 2
este tento ince!

[Manual de sluciones para el instructor

Acivo para eximenes

‘Administaor de exsmenes de Prentice Hall (banco de

‘pruebas elecrnico)

“Tansporencias de Powerpoint en CD-ROM

Suplementos pra el instructor en CD-ROM.

Sitio web de complement:

wen:pearsoneducacion nevbovestad

Para informacion sobre este material contact al repre:
seotante de Pear Bducacin,

‘Dela misma foma que con cad edi, vais pers
nas fueron de gran ayuda en el desarolo del contend de
la presente, Mis agradeciniemos mis sinceros a Jery Sit
‘bon por tomarse el tempo para responder a mis muchas
preguntas acerca de todo tema y por aytaarme a etn el
contenido en seas especiias del texto. El profesor Franz
‘Monssen, con su amplia experiencia en la aplicacion de
paquets de software, fue muy ail em el desrrollo de la
‘exporicién dela nucta version de PSpice. Para esta edi-
‘idm, a editora de desarrollo Knte Linser apoyé en la bis
‘queda de informacidn especifiea, manteniendo un registro
{e todos los detalles neesarosy definiendo un canal tans
paeme que permis completa el texto. Un agraecimiento
‘special tambien para Sigmund Aneth por la pimurae=pe-
al que honra Ia porada

‘A Io largo de los aos, el equipo de produccion en Co-
lumtuts Ohio ha demostrado ser excelente. en todo el se
{ido de la palabra, Rex Davidson editor de prodccion y
‘ven eng ao, de alguna forma consigue eiminar toda
Ta presion que genera el proceso de produccin. Mis edi-
toves, Scot Sambuced y Denis Williams, siempre extn
‘isponibles para ayudar 9 tomar decisones importantes y
hacer todo To necesario en el propisito de asegurar que el
{exo publicado tenga todes fos elementos necesarios para
llegar a ser un éxito. Apreco profundamente la capacidad
‘de Lara Dimi, asstemte editorial, para hacerse cargo Je
‘una montis de detalles. Mi conectra, Maggie Diehl
‘omnia sorpendigadome con las preguntas y sugerencias
‘ue formala para mejorar el texto.

oc tkimo, quiero agradecer a todos ustedes. los lectores.
por creer en ese ib 3 fo largo de Ios aos. La escritura y
revisin del esto confoeman un esfuer20 que ane ha dado
ta grado de saisfaccidn y gusto, que espero continde en el
faruro. No existe nada que disrute mis que atender a kos
‘comentarios de quienes actualmente usan el exo, y quizs
{e fos usuarios de alguna de las ediciones anteriores. Les
aSepURO que no existrd comunicacién de ustedes sin 18>
‘lest de mi parte. Mis mejores deses para un ao escolar
faludable, poduetvo y aradable

Reconocimientos

Quiero agradecer a las siguientes persons por ss dstintas

apomtaciones a Jo logo de las mochas ediciones de exe

bro de texto.

Derek Abbot ~ Universidad de Adelaida. Aust

Don Abernathy ~ Insiwo de Teenologia DeVry

[Andrew H, Andersen Jr ~ Colegio de la Comunidad de
‘Brookdale

James L. Antonakos ~ Colegio de a Comunidad Broome

‘Sohail Anwar ~ Universidad Esttl de Pennsylvania

Jef Beasley ~ Universidad Estaal de Nuevo México

“Tom Bellarmine ~ Universidad de Porta A&M.
Bill Boetcher~ fasta Técnico Voesional de
Albuquerque
‘Joe Booker ~ Institue de Tecnologia DeVry

Mohanied ribo ~ Instituto de Tecnologia DeVry

(0.3. Bingham ~ Istiuto de Tecnologia DeVey

Charles Banting ~ Universidad Old Dominion

Kern Buller ~ Town and Country Elects. ne

Mauro Caputi- Universidad Hofstra

Richard Cliver~ lnsiwo de Tecaslogia de Rochester

Joseph Coppola ~ Universidad Estatal de Nueva York

‘Lester W. Cory ~ Universidad det Sudeste de
Massachusens

“Thomas M. Crapo ~ Colegio Ricks

GerakdL. Dout ~ Instituto de Tecnologia DeVey

John Dunbar ~Insiuo de Tecnologia DeVry

Derk Butler Dunit = Univeridad Estat de Ca
None AST

‘Richard Fleming ~ Universidad Estatal de Midwestern

Marion R. Fox = Colegio Estaal de Rose

Kenneth Frament ~ Intto de Tecnologia DeVry

George Fredericks ~Colezio Técnico de la Comunidad
‘stata de Northeast,

Alberto Gomer-Rivas ~ Universidad de Houston

Robert Herck ~ Universidad de Puiue

Robert J Hofinger ~ Universidad Je Purdue

“Taaia Heynewyc2 ~ Instituto de Tecnologia DeVey

James Homy ~ Instituto de Tecnologia de Rochester

Frank Jump ~ Colegio de la Comunidad Je Nemh Seattle

Rajiv Kapadia ~ Universidad Estaal de Minnesota,

Robert Katz

Mohammad I. Khan - Colegio Séneca

‘Ali Khidar~ nsiato de Tecnologia DeVry

ia det

PREFACIO 111 vit

Kathlcen L. Kite ~ Universidad Western Washington

Dave Krispinsky ~ Institue de Tecnologia de Rochester

[Noel Looser ~ Corporacise Omega

M. David Laneat, Jr Universidad de Arkansas

Bill Mack ~ Colegio de la Comunidade Area de
Hacrsbure

‘Leti Mao = Colegio Técnico de Greenville

Robert Manin ~ Colezio de a Comunidad de Nontern
Virginia

‘Timm Christensen — Cadence Desiga System

‘Tom Minnich Instituto de Tecnologia dela Universidad
‘de West Virginia

Jalil Moghaddasi~ Colegio de la comunidad de
BronuCUNY

‘Mike O'Rear ~ Instnuo Ténico de Chatahoochee

Carol Pa

Jay Porter ~ Universidad A&M de Texas

Robert Powell ~ Colegio de la Comunidad de Oakland

‘Sandra L, Powell - Texas Intrments,

(Cal E,Priode ~ Universiad Esttal de Shawnee

Vie Quiros ~ tnatito de Teennlogi DeVry

Richard Showhol ~ Universidad Aerondotica Embry-Riddle

Paul T. Svak ~ Colegio dela Comunidad de Owens

Barbara Sweeney = Archivos de AT&T

Efic Tisdale ~ Universidad Estaal de Ball

Domingo L. Uy — Universidad de Hampton

Thomas A. Veto — Insta de Tecnologia DeVry

Misty Watson ~ Instn de Tecnologis DeVry

[Lynda Wilkinson ~ Colegio de la Comunidad de North
‘Seattle

“Mayor Jim Wise ~ Academia Naval de Estados Unidos
Resumen del contenido

1
Introduccion 1

2
Corriente y voltaje 31

3
Resistencia 59

4
Ley de Ohm, potencia y energia 97.

5

Circuitos en serie 129

6
Cireuitos en paraielo 169

7
Redes.en serie-paralelo 213

8
Métodos de analisis y
temas seleccionados (ed) 255

9
Teoremas devedes 321

10
Capacitores 375

n
Circuitos magnéticos 435,

12
Inductores 473,

2B

Formas de onda senoidales alternas $21

“4
Los elementos bisicos ylos fasores 575

16
Redes de.ca.en serie-paralelo 709

isis
ytemas seleccionados (ca) 743

18
Teoremas de redes (ca) 791

19
Potencia (ca) 849

20
Resonancia 887

2
Tiansformadores 995

1emas polifésicos 97

es, filtros y diagramas de Bode

24
Formas de onda de pulso y
laespuesta R-C 1093,

25
Citcuitos no senoidales 1123

26
‘Analisis de sistemas: una introduccién

Apendices 1192

Indice 1220

1017

a9
Contenido

Resistencia: unidades metieas 65
[Efectos de temperatura 67

i

Introduccion Superconductores 71

LL Laindustinelécricaelectnica 1 37 Tiposderesitores 74

12 Unabisioriabreve 2 38. Cédigode color y valores estindar
13 Unidades de mediciin 7 de resistores 78

14 Sistemas de unidades 8 39 Condvetancia 81

1S Cifras signitcatvas, precisa 340 Onminntvos 82
yredondeo 11 B11 Temistores 83

16 Potencias de der (Celdafotoconductora 8

1.7 Conversin ene nveles de potencias BM3 Varistores 84
dedier 18 B14 Aplicaciones 85
18 Convers dento de y entre sistemas MS. Mathcad 90

evnidades 19
19° Simbolos 21

1.10 Tablas de conversion
it Cal 32 in i
1.12 Andlisis porcomputadora 25 Ley de Ohm, potencia y energia 7

4 LeydeOnm 97

42. Trazadodelaley de Ohm 99

2 43° Potenia 102

‘ _ 44 Watimeros 105

Corriente y voltaje 45 Efciencin 105

21 Loxtirosy werctra 31 46 Energia 108

22 Comme 33 447 Contactos dspostivos GFCLy fies 112

33) Vase 3% 48° Aplicaciones 113

24 Foemesde limenacinfjas(cd) 39 49° Andisisporcomputndora 118

25 Conductors aistnes 46

26 Semicondaciores 48

27 Amperinenosyvohimeos 48 5

28 Aplicaciones $0 Cireuitos en serie 129
51 tnwoduceiin 129

52° Crevitosenseie 130
53. Fuemtesde volajeen serie 133

— 54 Leydevoltje de Kichhott 133,
Resistencia 59 55 Imercambio de clememos en serie 137
3 Inioducciin 59) 56 Repladel divisor de volije 138
32 Resistencia: alambes ciculaes 60 587 Notacin 140

33. Tablade calibres de alambre 63, ‘S8 Resistencia itera de fuentes de volije 145
i 11 CONTENIDO

Regulacin de volaje 18
“Técnicas de medivion 149
Aplicaciones 151

Aniliss por computadors 134

Circuitos en paralelo 169
61 Ineodcciin 168
62 Elemeniovenparalelo 169
63 Conduetancia y resistencia toukes 170
64 Cievtosen pare. 177
65 Ley deconrome de Kichhof 180
66 Regladel divisor de comiente 183,
(67 Puentes de voltajeen paralelo 187
68 Circuito abientosy conta cireuitos 188
69 Vollinewos:efeco de carga 191
“Técnicas de resolucin de problem
G11 Aplicaciones 198
Aniliss por computadors 200

193

213

7a) [Redes ca satya

72 Bjemplos descrpivos

73 Redesdeescalea 223

7A Feene con dvisr de vl
(conysincarga) 226

15 Cargadelpotenciomer 229

7 Disebo de wn aperineto on vohimeto
yonchminetrs 230

13° Contin atiera 234

78 Apliexiones 237

19 Auiss por compuaora 241

8

Métodos de anilisis

y temas seleccionados (cd) 255

81 Introduccion 255
82 Fuentes decoriene 255

Teoremas de redes

oa
92
93
Oo
9s

Conversions de fuentes 257
Fuentes de crcemt de paatelo

Fuentes de comiente en serie 261
Anilsis de comiente de rama 261

Analisis de mals (Método general)

Analisis de malls (Mts de forato)

“Anilss de nodos (Método general)

Aniliss de nds (Método de Formato)

Redes puente 291
Comersiones¥-a (Tex) y A-¥ (eT)
Aplicaciones 301

Analisis por computadora 307

fowroduccién 32
“eorema de superposicion 321
‘Teoremade Thevenin 328
‘Teosema de Norton 338
‘Teosema de la maxima wansferencia
de potencia 342

‘Teorema de Millman 351
‘Teovema de susichin 388
‘Teorema de reciprocidad 356
Aplicacién 357

Anilsis por computadora 359

Innroducciin 375
Elcampocketico 375
Capacitancia 377
Rigider dickéarica 382
Comiene de fuga 383,
Tipos de capacitors. 383

“Transitorios en reds capacitivas
fixe de cana 390

Fate de descarga 394
Valores inicisles 399

‘Valores instantineos. 402
Equivalent de Thevenin: #= RC

267

a

286

21

321

375