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De acuerdo con la definición dada de sistema en el apartado anterior, un circuito eléctrico es un conjunto ordenado de componentes eléctricos in-terconectados entre sí por unos enlaces.

Los componentes eléctricos pueden adoptar forma de dipolos, tripolos o cuadripolos según posean, respectivamente, dos, tres o cuatro terminales o bornes (así se llama, indistintamente, al órgano de conexión). En un caso general constituyen los multipolos. Los enlaces de dichos componentes se efectúan mediante cables conductores y algún elemento de unión, como por ejemplo una aleación depositada mediante soldadura.

Para abordar el estudio de un circuito eléctrico, es imprescindible conocer el comportamiento de todos y cada uno de los componentes que lo constituyen.

A menudo, el comportamiento eléctrico de un componente es bastante complejo. El modelo matemático con el que se trabaja se obtiene estableciendo un esquema equivalente constituido por elementos ideales. Por ser ideales, dichos elementos no existen. Son los componentes los que físicamente existen y se utilizan en los circuitos.

El modelo elegido para un determinado componente será tanto mejor cuanto más se aproxime su comportamiento teórico al comportamiento físico del mismo, determinado experimentalmente. El modelo resulta tanto más complejo cuanto más cerca está su comportamiento respecto del comportamiento del componente. Siempre se deberá llegar a un compromiso entre la complejidad del modelo y la precisión y fidelidad requeridas en los cálculos obtenidos a partir de dicho modelo.

Se distinguen dos tipos de elementos circuitales: los elementos activos y los elementos pasivos.

Los elementos activos son aquellos capaces de suministrar energía, las fuentes energía. Son componentes pasivos los que disipan energía o bien son capaces de acumularla para luego cederla.

Las variables fundamentales de un circuito son la corriente, i(t), la tensión, u(t), la carga eléctrica, q(t), y el flujo magnético, Φ(t). Para representar cualquier componente hacen falta seis elementos de dos polos, y sólo seis, que van a permitir manipular estas cuatro variables. Estos seis elementos son:

Dos elementos activos

 Fuente de corriente. Representada simbólicamente en la figura 2.4, impone una corriente, medida en A, en un conductor a lo largo de un camino cerrado. Afecta a la carga eléctrica de acuerdo con la expresión:

Figura 2.4. Símbolo de una fuente de corriente.

 Fuente de tensión. Representada simbólicamente en la figura 2.5, impone una diferencia de potencial, medida en V, entre dos puntos. Afecta al flujo magnético de acuerdo con la expresión:

Figura 2.5. Símbolo de una fuente de tensión.

Cuatro elementos pasivos lineales, cada uno de los cuales introduce un parámetro circuital que a lo largo de este texto será considerado constante:

 Resistor de resistencia R, medida en ohm (Ω). Representada simbólicamente en la figura 2.6, produce una tensión proporcional a la corriente que circula por el elemento. Relaciona la tensión y la corriente de acuerdo con la expresión:

Figura 2.6. Símbolo de un resistor.

 Condensador de capacitancia C, medida en farad (F). Representado simbólicamente en la figura 2.7, produce una corriente proporcional a la variación de tensión en bornes del elemento. Relaciona la carga eléctrica y la tensión de acuerdo con la expresión:

Figura 2.7. Símbolo de un condensador.

 Inductor de inductancia propia L, medida en henry (H). Representado simbólicamente en la figura 2.8, produce una tensión proporcional a la variación de corriente en bornes del elemento. Relaciona el flujo magnético y la corriente de acuerdo con la expresión:

Figura 2.8. Símbolo de un inductor.

 Memristor de memresistencia M, medida en ohm (Ω). Representado simbólicamente en la figura 2.9, produce una corriente de forma que la variación de corriente es proporcional a la variación de tensión en bornes del elemento. Relaciona el flujo magnético y la carga eléctrica de acuerdo con la expresión:

Figura 2.9. Símbolo de un memristor.

Debe señalarse que si bien el cuarto elemento, el memristor, fue teorizado por Leon O. Chua en 1971 [1], no fue hasta el año 2008 cuando un equipo de Hewlett Packard Labs desarrolló un componente físico con las características del memristor de Chua.

En el esquema de la figura 2.10 se muestran los cuatro elementos pasivos, y se indican las variables que relacionan.

Figura 2.10. Elementos pasivos. Variables que relacionan.

A modo de ejemplo, se propone, a continuación, la representación de cuatro componentes físicos (batería de acumuladores, resistor, diodo y transistor) mediante modelos circuitales constituidos por elementos eléctricos ideales.

Batería de acumuladores

Como modelo más sencillo de una batería de acumuladores se puede elegir una fuente de tensión. Un modelo que tuviera en cuenta la resistencia interna de la batería debería incluir un resistor en serie con la fuente de tensión. Para considerar la descarga de la batería a lo largo del tiempo se debería añadir una fuente de corriente en paralelo con el conjunto anterior, cuyo resultado sería el esquema equivalente de la figura 2.11.

Figura 2.11. Esquema equivalente de una batería de acumuladores.

Resistor

En una primera aproximación un resistor se puede representar por un elemento resistor ideal. Para tener en cuenta el efecto de la inductancia parásita del cable, sobretodo en resistencias bobinadas de gran potencia, debería añadirse un inductor en serie con el resistor. Finalmente para considerar el efecto capacitivo producido por la proximidad entre las diferentes espiras en una resistencia bobinada, debería añadirse un condensador en paralelo con el conjunto anterior, cuyo resultado sería el esquema equivalente de la figura 2.12.

Figura 2.12. Esquema equivalente de un resistor.

Diodo trabajando en conducción directa

Una buena aproximación de un diodo trabajando en conducción directa es una resistencia de bajo valor. Si se quisiera tener en cuenta su tensión umbral, se debería añadir, en serie con esta resistencia, una fuente de tensión de pequeño valor (0,7 V por ejemplo), cuyo resultado sería el esquema equivalente de la figura 2.13.

Figura 2.13. Esquema equivalente de un diodo trabajando en conducción directa.

Transistor trabajando en régimen lineal

Un modelo sencillo de transistor bipolar es el que lo considera como una fuente de corriente en el colector controlada por la corriente de base (en el apartado 2.2.2. se presentan las fuentes controladas). De querer considerar, en el modelo, la unión base-emisor, debería de añadirse a esta fuente el esquema equivalente del diodo de la figura 2.13, cuyo resultado sería el esquema equivalente de la figura 2.14.

Figura 2.14. Esquema equivalente de un transistor trabajando en régimen lineal.

En los siguientes apartados se profundizará en el conocimiento de las fuentes de tensión y de corriente, resistores, condensadores, inductores y acoplamientos magnéticos. En particular, se generalizará el concepto de fuente de tensión y de corriente y, asimismo, se generalizará el concepto de resistor.