Circuitos de corriente alterna (AC). Teoría y práctica con simulaciones

Parámetros fundamentales de una señal AC

Una señal de corriente alterna se describe mediante una serie de parámetros que determinan su forma y su comportamiento en el tiempo. Entre ellos destacan la amplitud, el periodo, la frecuencia y la fase, que permiten caracterizar cómo varía la tensión o la corriente a lo largo de cada ciclo. Comprender estos parámetros es esencial para interpretar correctamente cualquier señal senoidal y para analizar cómo responderán los distintos elementos de un circuito cuando trabajen con corriente alterna.

Amplitud

La amplitud de una señal de corriente alterna indica el valor máximo que alcanza la tensión o la corriente durante cada ciclo. Se mide desde el valor medio —que en una onda senoidal es cero— hasta el pico positivo o negativo. Este parámetro determina la “altura” de la onda y está directamente relacionado con la energía que puede transportar la señal. En la práctica, la amplitud define los valores de pico y de pico a pico, que son útiles para describir la magnitud instantánea de la señal antes de introducir el concepto de valor eficaz.

Período y frecuencia

El periodo es el tiempo que tarda la señal en completar un ciclo completo de oscilación y se mide en segundos. La frecuencia indica cuántos ciclos ocurren en un segundo y se mide en hercios (Hz). Ambos parámetros están ligados por una relación matemática simple e inversa:

f = 1 / T

T = 1 / f

Esto significa que una señal con un periodo corto tiene una frecuencia alta, mientras que una señal con un periodo largo corresponde a una frecuencia baja. Esta relación es fundamental para analizar cómo evolucionan las señales AC y cómo interactúan con los distintos elementos de un circuito.

Fase

La fase indica en qué punto de su ciclo se encuentra una señal de corriente alterna en un instante determinado. Dos señales con la misma frecuencia pueden estar “alineadas” o presentar un desplazamiento entre ellas. Ese desplazamiento se expresa mediante un ángulo, normalmente en grados, y permite comparar el avance o el retraso de una señal respecto a otra. Cuando dos ondas tienen el mismo valor en cada instante, decimos que están en fase; si una alcanza sus máximos antes que la otra, está adelantada; y si los alcanza después, está retrasada. La fase es un parámetro esencial para analizar cómo interactúan varias señales dentro de un circuito AC.

Representación temporal de señales senoidales

La representación temporal muestra cómo varía la tensión o la corriente de una señal senoidal a lo largo del tiempo. En esta forma de representación, el eje horizontal corresponde al tiempo y el eje vertical al valor instantáneo de la magnitud eléctrica. Esta visión permite identificar con claridad los máximos, mínimos, cruces por cero y la repetición periódica de la onda. Es la forma más intuitiva de entender cómo evoluciona una señal AC y constituye la base para introducir conceptos como valores instantáneos, valores eficaces y el análisis de la forma de onda.

Forma de onda y valores instantáneos

La forma de onda muestra cómo varía la tensión o la corriente de una señal senoidal a lo largo del tiempo. Cada punto de la gráfica representa un valor instantáneo, es decir, el valor que tiene la magnitud eléctrica en un instante concreto. Estos valores cambian de manera continua, siguiendo el perfil característico de la onda senoidal: suben hasta un máximo, bajan hasta un mínimo y vuelven a cruzar por cero en cada ciclo. Analizar la forma de onda permite identificar los momentos en los que la señal alcanza sus valores de pico, cuándo cambia de signo y cómo se repite el patrón en el tiempo.

Valores eficaces y valor medio

En una señal senoidal, el valor instantáneo cambia continuamente, por lo que resulta útil definir magnitudes que representen su comportamiento global. El valor medio indica el promedio de la señal a lo largo de un ciclo completo. En una onda senoidal pura, este valor es cero, ya que la parte positiva y la negativa se compensan.

El valor eficaz (o RMS) es distinto: representa el valor equivalente en corriente continua que produciría el mismo efecto energético. Para una señal senoidal, el valor eficaz se obtiene a partir del valor de pico mediante la relación:

Vef = Vpico / √2

Ief = Ipico / √2

Estos valores permiten comparar señales AC con señales de corriente continua y son los que se utilizan habitualmente en instalaciones eléctricas y equipos de medida.