UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA- Facultad de Ingeniería Mecánica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULT FACUL TAD DE INGENIE RIA MECÁN ICA
“EOREMA DE MA!IMA "OENCIA DE RANSFERENCIA RANSFERENCIA## ESPECIALIDAD:
Mecánica-El$ctrica CURSO:
La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I ESTUDIANTES:
PROFESOR:
UNI-2015
( La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I
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INDICE
INRODUCCI)N
*
FUNDAMENO EORICO
+
CALCULOS , RESULADOS
CONCLUSIONES , RECOMENDACIONES
((
.I.LIOGRAFIA
(*
ANE!O “A#
/ La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I
(+
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA- Facultad de Ingeniería Mecánica
INTRODUCCIÓN
El 0re'ente in1&r2e de la%&rat&ri& c&rre'0&ndiente a la e30eriencia N4+ “e&re2a de 2á3i2a tran'1erencia de 0&tencia# del cur'& La%&rat&ri& de Circuit&' El$ctric&' 5ML-(/+-A6 re7ne l&' 1unda2ent&' 8 dat&' 8 cálcul&' 8 re'ultad&' 9 &%'er:aci&ne' reali;ada' 0&r e'te gru0& de alu2n&' el día Mi$rc&le' /< de A%ril en el La%&rat&ri& => de nue'tra Facultad de Ingeniería Mecánica? C&2& 'e 0&drá a0reciar8 n&' @e2&' a0&9ad& de :ali&'a' @erra2ienta' %i%li&gráca' c&2& in1&r2ática'8 0&r eBe20l&8 el u'& de l&' 0r&gra2a' de circuit&' Orcad S0ice 9 Circuit Maet8 9 a0unte' teric&' t&2ad&' el cicl& 0a'ad& en el cur'& de Circuit&' El$ctric&' I 5ML-((+6? &d& e't&8 2a' el a1án de 'u0eracin de l&' integrante' c&ntri%u9e a ue e'te in1&r2e cu%ra l&' reueri2ient&' 2íni2&' de 'u 0re'entacin? Ca%e re'altar ue el &%Beti:& 2á' rele:ante del in1&r2e n& e' dar a c&n&cer la e30licacin de la tran'1erencia de 2á3i2a 0&tencia en circuit&'8 'in& 'u a0licacin en circuit&' reale' c&n'truid&' 0&r n&'&tr&' 2i'2&'? e2&' %u'cad& de2&'trar la :eracidad de e'te te&re2a c&n eui:alencia'8 ta%la' ta%ulada' 9 graca' en l&' circuit&' tra%aBad&'? A'í 0ue'8 en1&ca2&' nue'tr& análi'i' en l&' cálcul&' nu2$ric&' ue n&' lle:aran a in1erir el err&r relati:& ue 'e 0r&duce c&n re1erencia a l&' :al&re' teric&'?
* La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I
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FUNDAMENTOS TEORICOS
En ingeniería el$ctrica8 electricidad 9 electrnica8 el teorema de má!ma tra"#$ere"%!a de &ote"%!a e'ta%lece ue la tran'1erencia de 0&tencia de una 1uente dada a una carga e' 2á3i2a cuand& la re'i'tencia de la carga e' igual a la de la 1uente? Se dice ue M&rit; :&n ac&%i 1ue el 0ri2er& en de'cu%rir e'te re'ultad&8 ta2%i$n c&n&cid& c&2& HLe9 de ac&%iH? a9 ue 'ealar ue el enunciad& 'e a0lica a una 1uente cu9a' caracterí'tica' '&n Ba' c&n una carga de caracterí'tica' :aria%le'? E' a0lica%le 2a9&r2ente en 0r&%le2a' ue 'e %a'an en l&' te&re2a' de @$:enin 9 de N&rt&n? Ma!m!'a"do tra"#$ere"%!a &ote"%!a JeditarK
de &ote"%!a (er#)# e*%!e"%!a de
El te&re2a 1ue &riginal2ente 2alinter0retad& 5n&ta%le2ente 0&r &ule6 0ara 'ugerir ue un 'i'te2a ue c&n'i'te de un 2&t&r el$ctric& c&2andad& 0&r una %atería n& 0&dría 'u0erar el >= de eciencia 0ue'8 cuand& la' i20edancia' e'tu:ie'en ada0tada'8 la 0&tencia 0erdida c&2& cal&r en la %atería 'ería 'ie20re igual a la 0&tencia entregada al 2&t&r? En (<<=8 Edi'&n 5& 'u c&lega Franci' R&%%in' U0t&n6 2ue'tra ue e'ta 'u0&'icin e' 1al'a8 al dar'e cuenta ue la 2á3i2a eciencia n& e' l& 2i'2& ue tran'1erencia de 2á3i2a 0&tencia? "ara alcan;ar la 2á3i2a eciencia8 la re'i'tencia de la 1uente 5'ea una %atería & un dína2&6 de%ería @acer'e l& 2á' 0euea 0&'i%le? .aB& la lu; de e'te nue:& c&nce0t&8 &%tu:ier&n una eciencia cercana al = 9 0r&%ar&n ue el 2&t&r el$ctric& era una alternati:a 0ráctica al 2&t&r t$r2ic&?
"&tencia tran'1erida en 1uncin de la ada0tacin? S&l& 'e tiene en cuenta la 0arte re'i'ti:a? Se 'u0&ne ue la' reactancia' e'tán c&20en'ada'? + La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I
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En e'a' c&ndici&ne' la 0&tencia di'i0ada en la carga e' 2á3i2a 9 e' igual a
La c&ndicin de tran'1erencia de 2á3i2a 0&tencia n& re'ulta en eciencia 2á3i2a? Si deni2&' la eciencia c&2& la relacin entre la 0&tencia di'i0ada 0&r la carga 9 la 0&tencia generada 0&r la 1uente8 'e calcula in2ediata2ente del circuit& de arri%a ue
La eciencia cuand& @a9 ada0tacin e' de '&l& >=? "ara tener eciencia 2á3i2a8 la re'i'tencia de la carga de%e 'er innita2ente 2á' grande ue la re'i'tencia del generad&r? "&r 'u0ue't& en e'e ca'& la 0&tencia tran'1erida tiende a cer&? Cuand& la re'i'tencia de la carga e' 2u9 0euea c&20arada a la re'i'tencia del generad&r8 tant& la eciencia c&2& la 0&tencia tran'1erida tienden a cer&? En la cur:a de la derec@a @e2&' re0re'entad& la 0&tencia tran'1erida relati:a a la 2á3i2a 0&'i%le 5cuand& @a9 ada0tacin6 c&n re'0ect& al c&ciente entre la re'i'tencia de carga 9 la del generad&r? Se 'u0&ne ue la' reactancia' e'tán c&20en'ada' c&20leta2ente? Nte'e ue el 2á3i2& de la cur:a n& e' crític&? Cuand& la' d&' re'i'tencia' e'tán de'ada0tada' de un 1act&r /8 la 0&tencia tran'1erida e' a7n < del 2á3i2& 0&'i%le? Cuand& la i20edancia de la 1uente e' una re'i'tencia 0ura 5'in 0arte reacti:a68 la ada0tacin 'e @ace c&n una re'i'tencia 9 e' :álida 0ara t&da' la' 1recuencia'? En ca2%i&8 cuand& la i20edancia de la 1uente tiene una 0arte reacti:a8 la ada0tacin '&l& 'e 0uede @acer a una '&la 1recuencia? Si la 0arte reacti:a e' grande 5c&20arada a la 0arte re'i'ti:a68 la ada0tacin 'erá 2u9 'en'i%le a la 1recuencia8 l& ue 0uede 'er un inc&n:eniente? Ada&ta%!+" de !m&eda"%!a#
La ada0tacin de i20edancia' e' i20&rtante en d&' 'ituaci&ne'? La 0ri2era &curre en %aBa' 0&tencia'8 cuand& la 'eal reci%ida en la entrada de un a20licad&r e' 2u9 %aBa 9 0r3i2a del ni:el del ruid& el$ctric& del a20licad&r? Si la tran'1erencia de 'eal n& e' 0ti2a8 la relacin 'ealruid& e20e&rará? Enc&ntra2&' e'ta 'ituacin8 0&r eBe20l&8 en la rece0cin de %aBa' 'eale' radi&el$ctrica'? E' intere'ante ue el ca%le ue c&necta la antena al rece0t&r e't$ ada0tad& en la' d&' e3tre2idade' 0ara 2a3i2i;ar la 0&tencia tran'1erida de la antena al ca%le 9 lueg& del ca%le al rece0t&r? Otra 'ituacin en la cual la ada0tacin de i20edancia' e' tra'cendental &curre en 'i'te2a' de alta 1recuencia? "&r eBe20l& en un tran'2i'&r &0erand& a 1recuencia' de 2icr&&nda'8 c&n'tituid& 5entre &tr&' ele2ent&'6 0&r un generad&r8 una guía de &nda' 9 una antena? Si la guía de &nda' 9 la > La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I
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antena n& e'tán ada0tada'8 una 0arte de la 0&tencia incidente en la antena 'e rePeBará 9 creará una &nda e'taci&naria en la guía? Si la de'ada0tacin e' a0recia%le8 9 la 0&tencia tran'2itida e' 'uciente2ente alta8 la 1uente 0uede daar'e 0&r la &nda rePeBada? En la 0ráctica 'e utili;an adici&nal2ente 0r&tecci&ne' entre la 1uente 9 la guía de &nda'8 de 2&d& ue 'eale' rePeBada' de'de la carga 'ean atenuada'? N& 'e de%e 0en'ar ue8 en t&da' la' 'ituaci&ne'8 l& ideal e' ue la' i20edancia' de la 1uente 9 de la carga e't$n ada0tada'? En 2uc@&' ca'&'8 la ada0tacin e' 0erBudicial 9 @a9 ue e:itarla? La ra;n e' ue8 c&2& 'e @a e30licad& ante'8 cuand& @a9 ada0tacin8 la 0&tencia di'i0ada en la carga e' igual a la 0&tencia di'i0ada en la re'i'tencia de la i20edancia de la 1uente? La ada0tacin c&rre'0&nde a un rendi2ient& energ$tic& 2á3i2& de >=? Si 'e uiere un %uen rendi2ient& @ace 1alta ue la re'i'tencia de la 1uente 'ea de'0recia%le re'0ect& a la re'i'tencia de la carga? Un eBe20l& e' el de la 0r&duccin 9 la di'tri%ucin de energía el$ctrica 0&r la' c&20aía' de electricidad? Si l&' generad&re' de la' c&20aía' e'tu:ie'en ada0tad&' a la red de di'tri%ucin8 la 2itad de la 0&tencia generada 0&r la' c&20aía' 'er:iría '&l& a calentar l&' generad&re'??? 9 a 1undirl&'? a2%i$n8 'i 'u lá20ara de e'crit&ri& e'tu:ie'e ada0tada a la red8 c&n'u2iría la 2itad de la 0&tencia generada 0&r la c&20aía de electricidad? &2e2&' &tr& eBe20l& 2en&' caricatural el de un e2i'&r de radi& c&nectad& a la antena a tra:$' de un ca%le? Si la ada0tacin del ca%le a la antena e' de'ea%le 50ara ue n& @a9a &nda' rePeBada'68 e' 2eB&r e:itar la ada0tacin del ca%le al e2i'&r? Si el e2i'&r e'tu:ie'e ada0tad&8 la 2itad de la 0&tencia generada 0&r el e2i'&r 'e 0erdería en la re'i'tencia interna de e'te 7lti2&? L& 2eB&r e' ue la re'i'tencia interna del e2i'&r 'ea l& 2á' 0euea 0&'i%le? a9 &tr&' ca'&' en l&' cuale' la ada0tacin e' 'i20le2ente i20&'i%le? "&r eBe20l&8 la re'i'tencia interna de una antena de aut&2:il en &nda' larga' 9 &nda' 2edia' e' 2u9 0euea 5un&' 2ili&@2i&'6? N& e' 0&'i%le ada0tar ni el ca%le ni el rece0t&r a la antena? "er& e'& n& i20ide el 1unci&na2ient& de l&' aut&-radi&'? Otr& ca'& c&rriente en el cual la ada0tacin de la antena al rece0t&r 9 al e2i'&r e' i20&'i%le e' el de l&' tel$1&n&' celulare'? C&2& la i20edancia de la antena de0ende la 0&'icin de la ca%e;a 9 de la 2an& del u'uari&8 la ada0tacin en t&da' circun'tancia' e' i20&'i%le8 0er& e'& n& le' i20ide 1unci&nar?
Q La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I
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Mater!a,e#
VOLIMERO
FUENE DE ALIMENACION
La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I
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CA.LES DE CONECCION
< La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I
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MODULO DE RESISENCIAS
C)e#t!o"ar!o 1 .a%er )" d!a/rama de, %!r%)!to )t!,!'ado e" %)adro a&arte dar ,o# (a,ore# de L e IL o3te!do# &or med!%!+" d!re%ta e, %orre#&o"d!e"te (a,or de R L determm!"ado !"d!re%tamete
Circuit& (
r( 4m 2892
Ir( 4)A
R( 467
/Q?+Q== (=?*Q==Q >( 125 *>?Q> *?>(+/Q> + +Q 10;1 *>?*+=(= *?=<(++ / > ;51 *+?/=<( /?*<( / /* 8<5 **?<<<*/ /?/>+(+ > Q/ 580 **?/( (?(>// + < Re0re'entacin e'ue2ática del circuit& ( =28 */?><<<* (?==*+(( / /( 19= */?(((Q =?++>*/= > La%&rat&ri& de circuit&' 0; *(?>+*(+ =?=/<>*/ el$ctric&' I *> 02 *Q?<*/+< =?==>+/
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(= La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I
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Circuit& / Ir(4 02155 5091 02155 0229 021= ;<2 021=0 85 02129 8< 0211 =01 02120 9=;1 0212< ;0< 021=0 ;9 0219= =9<;
I$)e"te4 R( 467 mA =?/*=* /* =?/*=* */ =?/**=< =?(Q< Q=> = =?/*++/ =?=<> (*Q >(/ =?/*>*( =?=*== (> >Q =?/*>= =?<<( >=+ => =?/*>Q= =?<< <*( +<> =?/*>=( =?=>== +<+ /+ =?/*+(/ =?(=( +Q* (* =?/*/+ =?/(< />< =>
L (# IL ( =?< =?Q =?+ =?/ = =?/( =?/( =?/( =?/( =?/( =?/( =?/( =?// =?// =?//
Re0re'entacin e'ue2ática del circuit& /
(( La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I
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2 E" ,a m!#ma ta3,a !"d!%ar e, (a,or de PL >)e #e %o"#)me e" RL P >)e e"tre/a ,a $)e"te e" %ada %a#o de ,o# determ!"ado# a"ter!orme"te E = 19.9V Circuito 1: Vrv (mV) 274.2 125.8 109.1 95.1 76.5 57.0 2.7 14. 0.9 0.2
3.
Circuito 2:
Irv (mA) 0.02646 7 0.0579 7 0.054 0 0.0472 1 0.088 8 0.021 8 0.0258 9 0.02112 0.0154 0.068 2
Prv(uw)
I fuente(uA) P fuente (uw)
7.257254
129
2567.1
4.503263
129
2567.1
3.855594
129
2567.1
3.301967
129
2567.1
2.592432 1.893426
129 129
2567.1 2567.1
1.066603 Vrv
129 I rv(mA) 2567.1 Prv($w)
0.90
0.4592027
0.028389 0.90
2 0.007366 0.50
Graficar
5 0.28 1 0.1 0.00 5 0.05 5 0.18 0.1 6 0.61 2
I fuente(m A)
129 2567.1 0.20861 0.195504 0.21555 129 2567.1 0.215502 0.194383 0.20861 2567.1 129 0.21899 0.108019 0.2086
P fuente ($w) 4.594124 4.594124 4.638411
0.21078 0.059875 0.212488 0.027623
0.24421 0.2512
4.664984
0.21188 0.010594
0.25905
4.69451
0.212044 0.011662 0.212691 0.038284
0.25608 0.25015
4.688605
4.682699
PL-VS-L! "ara #eter$inar 4.65908 0.21095 0.067338 0.24125 %r&fica$ente e' 0.2145 0.131173 0.2249 4.626601 va'r #e L cn e' ue *e +tiene e' va'r #e 'a re*i*tencia #e car%a ue a+*r+e 'a $&,i$a "tencia. 4.676795
Circuito 1: Vr7 (mV) 52.8 52.6 48.1 42 .8 27.2 21 16. 10.7 260.7
Vr! (mV) 0.2 0.9 14. 2.7 57 76.5 95.1 109.1 125.8 274.2
Ir! (mA) 0.05817 0.05796 0.05401 0.06 0.088 0.0218 0.0258 0.0211 0.0154 0.02646
(/ La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I
"! (u#) $! (%) 0.007164 5.5894 0.022164 25.14247 0.50564 404.6948 1.1772 908. 1.9116 1682.4085 2.541177 202.96827 .09858 2918.96869 .50201 97.6954 .96772 988.5859 7.2552 1062.8117
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA- Facultad de Ingeniería Mecánica &$'ICA "! V $!:
<
1536 - =3/ T =3 T =?=+
Q > + * / ( = =
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Q===
<===
(====
(/===
*+,,+mo- $! +r+ un "!m+/ eriv+no ,+ ecu+cin: $e-u,t+no: $! ("!m+/) = 12000 %
/ 2
Vr1 (V) 15.56 15.56 15.71 15.8 15.86 15.9 15.88 15.84 15.76 15.67
Vr2 (V) 4.425 4.42 4.271 4.185 4.127 4.079 4.09 4.146 4.196 4.12
Vr6 (V) 1.524 1.522 1.66 1.278 1.218 1.169 1.188 1.28 1.291 1.408
Vr! (V) 0.907 0.902 0.505 0.281 0.1 0.005 0.055 0.18 0.16 0.612
(* La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I
Ir! (mA) 0.21555 0.2155022 0.2189 0.21078 0.212487 0.21188 0.2121 0.21269 0.21284 0.2144
"! (m#) 0.1955085 0.19482984 0.10801445 0.059874918 0.027621 0.0010594 0.01166715 0.082842 0.067255544 0.11172408
$! (%) 4207.84 4185.57 261.02 118.76 611.8 2.59 259.271 846.021 1484.7251 2855.5659
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA- Facultad de Ingeniería Mecánica &$'ICA "! V $!:
=?* =?/>
1536 - =3/ T =3 - =
=?/ =?(> =?( =?=> = =
(===
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+===
*+,,+mo- $! +r+ un "!m+/ eriv+no ,+ ecu+cin: $e-u,t+no: $! ("!m+/) = 12500 %
4. a'cu'ar en ca#a ca* e' va'r #e 'a eficiencia n
PL Potencia por Rv = PI = Potencia entregada por la fuente
CI$C3I 2
CI$C3I 1
0.002827 0.042552 0.0017542 0.042112 0.0015019 0.020 0.0012862 0.012849 0.0010098 0.0058989 0.000775 0.0022566 0.0004154 0.002487 0.0001788 0.0081859 0.000011 0.01445 0.0000028 0.028519
(+ La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I
>===
Q===
===
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5 ?ra*%ar @" B (# B RL determ!"ar e, (a,or de @" %orre#&o"d!e"te a, (a,or de RL >)e da ,a &ote"%!a má!ma
" (# RL = = = = = = = =
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+
Q
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Circuit& ( 0.002827 0.0017542 0.0015019 0.0012862 0.0010098 0.0007375 0.0004154 0.0001788 0.000011 0.0000028
R( 467 (=?*Q== Q *?>(+/Q >+Q *?=<(+ +> /?*< (/* /?/>+( +Q/ (?(>/ /< (?==*+( (/( =?++>*/ = =?=/<>* /*> =?==>+/
(> La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I
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" (# RL = = = = = = = =
/
+
Q
<
(=
(/
Circuit& / 0.042552 0.0423112 0.023303 0.0128349 0.0058989 0.0022566 0.0024873 0.0081859 0.014453 0.0283519
R( 467 =?**Q * =?**+* / =?(Q<= =?=<>> (/ =?=*==> Q =?<<(= > =?<<+ <> =?=>== /+ =?(=( (* =?/(< =>
(Q La%&rat&ri& de circuit&' el$ctric&' I
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< Com&arar e, (a,or de RL o3te"!do /rá*%ame"te >)e da ,a má!ma &ote"%!a %o" ,a re#!#te"%!a >)e &re#e"ta ,a red &a#!(a e"tre ,o# 3or"e# %d
CIRCUIO ( Gráca2ente el :al&r RL ue da la 2á3i2a 0&tencia 5" L6 e' (/ ? alla2&' el Rt@ 8 0ara ell& @ace2&' un c&rt& circuit& en la 1uente?
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CONCLUSIONES
"&r l& ue 'e &%'er:a en el grác& n& e' 0&'i%le deter2inar el :al&r de RL ue a%'&r%a la 2á3i2a 0&tencia8 9a ue la eciencia5n6 decae a :al&re 2u9 0eue&'8 leB&' de n>=8 ue e' d&nde 'e &%tiene el RL? a2%i$n 'e 0uede c&ncluir ue 0ara 0&der &%tener la 0&tencia acti:a 2á' alta8 9 @acer ue la eciencia de la 2alla a anali;ar 'ea la 2eB&r 0&'i%le8 'e de%e de 0r&curar di'2inuir la c&rriente 9 el :<aBe8 9 au2entar la re'i'tencia de carga?
RECOMENDACIONES
Se rec&2ienda ue al 2&2ent& de @acer la' 2edici&ne' c&n el
2ulti2etr& entre l&' %&rne' de la ra2a del re'tat&8 'e @aga de la 2anare 2á' delicada 0&'i%le8 &'ea n& 2&:er la' re'i'tencia'8 9 a'í 0&der &%tener un :al&r B& 9 n& Puctuante8 9 0&der 2ini2i;ar el err&r de 2edicin en el la%&rat&ri&? Se rec&2ienda ta2%i$n8 ue al 2&2ent& de cali%rar el re'tat&8 'e
trate de @acerl& 2u9 0r3i2&' & cercan&' entre 'i8 0ara a'í 0&der &%tener un :al&r 2á' e3act& de re'i'tencia de carga 5RL6? "&r 7lti2& 'e rec&2ienda ue al 2&2ent& de cali%rar la 1uente de ten'in8 'e @aga en :al&re' %aB&' 0ara ue en un 2&2ent& de de'cuid&8 un& n& 'e lle:e un 'u't&?
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ILIO?RAFA
(? Linear Circuit'8 R&nald Sc&tt8 USA8 (Q=? /? Funda2ent&' de Circuit&' El$ctric&'8 C@arle' ? Ale3ander8 M$3ic&8 /==Q? *? ut&rial Unicr&28 e&re2a de @e:enin? @tt0WWW?unicr&2?c&2utXte&re2aXt@e:enin?a'0 +? ut&rial Unicr&28 e&re2a de N&rt&n? @tt0WWW?unicr&2?c&2utXte&re2aXn&rt&n?a'0
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