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