Análisis de mallas

Un circuito plano es aquel que se puede dibujar en un plano de forma que ninguna rama quede por debajo o por arriba de ninguna otra.La ventaja de usar esta técnica es que crea un sistema de ecuaciones para resolver el circuito, minimizando en algunos casos el proceso para hallar una tensión o una corriente de un circuito.[1]​ Para usar esta técnica se procede de la siguiente manera: se asigna a cada una de las mallas del circuito una corriente imaginaria que circula en el sentido que nosotros elijamos; se prefiere asignarle a todas las corrientes de malla el mismo sentido.De cada malla del circuito, se plantea una ecuación que estará en función de la corriente que circula por cada elemento.Cuando miramos un esquema de circuito, las mallas se ven como una ventana.En la figura 1 las mallas esenciales son uno, dos y tres.[2]​ Una corriente de malla es una corriente que pasa alrededor de la malla esencial.La corriente de malla podría no tener un significado físico pero es muy usado para crear el sistema de ecuaciones del análisis de mallas.[1]​ Cuando se asignan corrientes de malla es importante tener todas las corrientes de malla girando en el mismo sentido.Esto ayudará a prevenir errores al escribir las ecuaciones.La convención es tenerlas todas girando en el sentido de las manecillas del reloj.[2]​ En la figura 2 se muestra el mismo circuito de antes pero con las corrientes de malla marcadas.La razón para usar corrientes de malla en vez de usar LCK y LVK para resolver un problema es que las corrientes de malla pueden simplificar cualquier corriente planteada con LCK y LVK.[2]​ Para los elementos que no son fuentes de energía, la tensión será la impedancia del componente por la corriente que circula por él.[3]​ Cuando un componente se encuentra en una rama que pertenece a dos mallas, su corriente será resultado de la resta de las corrientes de malla a las que pertenezca.Es importante tener esto en cuenta a la hora de expresar la tensión en la rama en función de la intensidad que circula por ella.Por ejemplo, la tensión de la resistencia R2 en la figura 2 es:[2]​ A continuación se plantean las ecuaciones del circuito de la figura 3, así:Una vez halladas las ecuaciones, el sistema puede resolverse usando alguna técnica que resuelva sistema de ecuaciones lineales.Observación: En circuitos resistivos (donde solo haya resistencias), si al resolver el sistema una corriente de malla es negativa significa que esa corriente circula en sentido contrario al que nosotros hemos supuesto.En circuitos de corriente alterna con condensadores, bobinas, será importante el criterio de signos ya que a la hora de restar intensidades, como trabajaremos con números complejos, a través de la fórmula de Euler, tendremos cambios de módulo y de fase en la intensidad resultante, no nos basta con fijar la de mayor módulo como positiva; tenemos que acudir al patrón de corriente positiva en sentido horario (o antihorario, a nuestra elección).Hay dos casos especiales en la técnica de análisis de mallas: supermallas y fuentes dependientes.Existe una supermalla cuando una fuente de corriente está entre dos mallas esenciales.Para tratar la supermalla, se trata el circuito como si la fuente de corriente no estuviera allí.Esto produce una ecuación que incorpora las dos corrientes de malla.Una vez que se plantee esta ecuación, se necesita una ecuación que relacione las dos corrientes de malla con la fuente de corriente, esto será una ecuación donde la fuente de corriente sea igual a una de las corrientes de malla menos la otra.A continuación hay un ejemplo de supermalla.Después de que se haya planteado la ecuación de malla, se necesita una ecuación para la fuente dependiente.Esta es una ecuación que relaciona la variable de la fuente dependiente con la corriente o tensión de la fuente de la que depende del circuito.A continuación hay un ejemplo simple de una fuente dependiente.
Figura 1: Circuito plano con mallas esenciales 1, 2, y 3. R1, R2, R3, 1/sc, y Ls representan la impedancia de las resistencias , el condensador y el inductor . V s e I s representan la tensión y la corriente de la fuente de tensión y de la fuente de corriente , respectivamente.
Figura 2: Circuito con corrientes de malla marcadas como i1, i2, e i3. Las flechas muestran la dirección de la corriente de malla.
Figura 3 : Circuito simple usando análisis de mallas
Figura 4: Circuito con una supermalla. Supermalla ocurre porque la fuente de corriente está en medio de las mallas esenciales.
Figura 5: Circuito con fuente dependiente. i x es la corriente que la fuente dependiente de tensión depende.