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COB 781 - Capacitores e Indutores

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Universidade Federal do Rio de Janeiro<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica<br />

Módulo 4<br />

Faraday Lenz Henry<br />

Weber Maxwell Oersted


Conteúdo<br />

4 - <strong>Capacitores</strong> e <strong>Indutores</strong>..........................................................................................................1<br />

4.1 - <strong>Capacitores</strong>.....................................................................................................................1<br />

4.2 - Capacitor linear e invariante com o tempo....................................................................2<br />

4.2.1 - Modelo Thévenin e Norton....................................................................................4<br />

4.3 - Energia acumulada no capacitor....................................................................................5<br />

4.4 - Associação de capacitores..............................................................................................6<br />

4.4.1 - Associação Série.....................................................................................................7<br />

4.4.2 - Associação Paralela................................................................................................7<br />

4.5 - <strong>Indutores</strong>.........................................................................................................................8<br />

4.6 - Indutor linear e invariante..............................................................................................9<br />

4.6.1 - Modelo de Thévenin e Norton..............................................................................11<br />

4.7 - Indutor não linear.........................................................................................................12<br />

4.8 - Energia armazenada no indutor....................................................................................12<br />

4.9 - Associação de indutores...............................................................................................13<br />

4.9.1 - Associação Série...................................................................................................14<br />

4.9.2 - Associação Paralela..............................................................................................14<br />

4.10 - Lei dos nós e das malhas para equacionar circuitos RLC..........................................15<br />

4.11 - Exercícios...................................................................................................................18


4 <strong>Capacitores</strong> e <strong>Indutores</strong><br />

<strong>Capacitores</strong> e indutores são elementos passivos, como os resistores, porém ao invés de<br />

dissipar energia estes elementos são capazes de absorver e fornecer energia. Isto ocorre porque<br />

a energia absorvida fica armazenada na forma de campo elétrico ou magnético. <strong>Capacitores</strong> e<br />

indutores podem ser lineares ou não lineares, variantes ou invariantes e também podem ser<br />

associados como as resistências. A eles também se estendem todos os conceitos de análise<br />

considerados anteriormente.<br />

4.1 <strong>Capacitores</strong><br />

<strong>Capacitores</strong> são elementos capazes de armazenar energia sob a forma de campo<br />

elétrico. O símbolo do capacitor pode ser visto na figura abaixo. Alguns capacitores, por<br />

motivos meramente construtivos, podem ser polarizados e, nestes casos, utiliza-se um símbolo<br />

ligeiramente diferente onde uma das barras aparece curva ou na forma de um retângulo que<br />

pode estar pintado.<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 1


Os capacitores são formados por duas superfícies condutoras separadas por um<br />

isolante de tal forma que não há contato elétrico entre os dois terminais do capacitor. Estas<br />

superfícies, entretanto ficam muito próximas uma da outra de forma que cargas elétricas que<br />

se deslocam para uma das superfícies repelem cargas da outra superfície permitindo a<br />

circulação de corrente. Observe que a resistência entre os dois terminais do capacitor é infinita<br />

porém há circulação de corrente e ela respeita a lei das correntes de Kirchhoff, mesmo assim<br />

há uma diferença líquida de cargas entre os dois terminais do capacitor de forma que surge<br />

sobre seus terminais uma diferença de tensão que permanece no capacitor depois que ele é<br />

desconectado do circuito. Esta característica definida pela razão entre cargas no capacitor e<br />

tensão sobre seus terminais chama-se capacitância:<br />

q t<br />

C= , onde C é a capacitância (Farad – F)<br />

v t<br />

4.2 Capacitor linear e invariante com o tempo<br />

Um capacitor linear e invariante no tempo é definido como<br />

qt=c⋅vt<br />

de tal forma que<br />

e<br />

dqt <br />

dt =C⋅dvt<br />

dt<br />

i=C⋅ dv<br />

dt<br />

ou<br />

v= 1<br />

C ⋅∫<br />

t<br />

0<br />

, (uma relação linear)<br />

it ' ⋅dt ' v0 , (uma relação linear apenas se v0=0 )<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 2


Observa-se que a equação de v só pode ser obtida se for conhecido o valor de v0 ,<br />

ou seja, a condição inicial da integral e do capacitor. Por esta razão todas as equações que<br />

envolvam capacitor só podem ser resolvidas se, tanto o valor de C como de v0 forem<br />

conhecidos (mesmo que se utilize a equação com diferencial, como veremos mais a frente).<br />

Além disto para que os circuitos envolvendo capacitores sejam lineares é necessário<br />

que v0 seja nulo ou seja as condições iniciais sejam nulas. Esta situação é chamada de<br />

estado zero. Se v0 não for nulo podemos representar o capacitor não linear por um modelo<br />

que emprega um capacitor descarregado em série com uma fonte de tensão conforme indicado<br />

na figura abaixo. Observe que esta associação (capacitor-fonte) é um equivalente ao capacitor<br />

carregado.<br />

Adicionalmente observa-se que a corrente no capacitor depende de uma derivada ao<br />

passo que a tensão depende de uma integral. Isto significa que a corrente no capacitor pode<br />

variar instantaneamente. Já a tensão sobre o capacitor só pode variar instantaneamente se i(t)<br />

for infinita como uma função impulso. Alguns autores utilizam o termo inércia de tensão para<br />

indicar que a tensão no capacitor não pode variar instantaneamente. Destas observações<br />

decorre que, em circuitos de corrente contínua (CC) e chaveados (com ondas de tensão ou<br />

corrente pulsadas), o capacitor irá se comportar como um curto circuito para transições<br />

rápidas (como degraus e impulsos) e como circuito aberto para corrente contínua. Entre o<br />

chaveamento e o estabelecimento de uma corrente contínua constante há um período<br />

transitório onde o capacitor se carrega e não pode ser considerado como nenhuma das duas<br />

situações acima.<br />

Exemplo: No circuito abaixo a chave ch1 fecha em t=0. Calcular a corrente e a tensão<br />

no capacitor para t=0 + e t=∞ .<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 3


t=0 + , (capacitor é um curto circuito)<br />

v C1 =0<br />

iC1= v1 =10A<br />

R1 t=∞ , (capacitor é um circuito aberto)<br />

i C1 =0<br />

vC1 = v1 ⋅R2 =7,5V<br />

R1R 2<br />

4.2.1 Modelo Thévenin e Norton<br />

Conforme apresentado na secção anterior um modelo para capacitor carregado é obtido<br />

pela associação série de um capacitor descarregado com uma fonte de tensão formando um<br />

equivalente Thévenin. Naturalmente este modelo Thévenin pode ser transformado em um<br />

modelo Norton equivalente como apresentado na figura abaixo<br />

Para o equivalente Thévenin<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 4


v= 1<br />

C ⋅∫ i⋅dtvs<br />

i=C⋅<br />

d v−vs<br />

dt<br />

=C⋅dv – C⋅dvs<br />

dt dt<br />

Para o equivalente Norton<br />

v= 1<br />

1<br />

⋅∫iis⋅dt=<br />

C C ⋅∫ i⋅dt 1<br />

C ⋅∫ is⋅dt<br />

i=C⋅ dv<br />

dt −is<br />

Desta forma, para que as equações de v e i sejam iguais nos dois modelos temos que<br />

vst = 1<br />

C ⋅∫<br />

t<br />

0<br />

ist =C⋅ dvs<br />

dt<br />

ist '⋅dt e<br />

4.3 Energia acumulada no capacitor<br />

A energia pode ser obtida pela integral da potência ao longo do tempo. Num capacitor<br />

a energia não é dissipada mas sim armazenada na forma de campo elétrico. Assim sendo a<br />

energia armazenada em um capacitor é igual a energia fornecida a ele por uma fonte.<br />

w t 0, t=∫ t 0<br />

t<br />

v t ' ⋅i t ' ⋅dt '<br />

q t <br />

w t 0, t= ∫ vq 1⋅dq 1 (área entre o eixo q e a curva)<br />

q t0<br />

qt <br />

w t=∫ 0<br />

vq 1 ⋅dq 1 .<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 5


Para um capacitor linear invariante<br />

w t=∫ 0<br />

qt q1<br />

C ⋅dq 1<br />

w t= 1<br />

2 ⋅q2 t <br />

C<br />

w t= 1<br />

2 ⋅C⋅v2<br />

Um capacitor passivo é aquele que apresenta energia armazenada maior ou igual a<br />

zero. Assim um capacitor linear invariante é passivo se sua capacitância é não negativa e ativo<br />

se sua capacitância é negativa.<br />

4.4 Associação de capacitores<br />

<strong>Capacitores</strong> ligados em série ou paralelo podem ser substituídos por um capacitor<br />

equivalente tal que a relação entre v e i nos terminais da associação seja igual a relação entre v<br />

e i no equivalente.<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 6


4.4.1 Associação Série<br />

Pela LTK e LCK<br />

v=v C1 v C2<br />

v= 1<br />

⋅∫ it⋅dt<br />

C 1<br />

1<br />

⋅∫i t⋅dt<br />

C 2<br />

v= 1<br />

<br />

C 1<br />

1<br />

C 2⋅∫ it⋅dt<br />

v= 1<br />

⋅∫ it ⋅dt<br />

C EQ<br />

onde 1 = C EQ<br />

1<br />

<br />

C 1<br />

1<br />

C 2 .<br />

Genericamente 1 =∑ C EQ<br />

1<br />

C n<br />

4.4.2 Associação Paralela<br />

Utilizando a LTK e a LCK<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 7


i=i C1 i C2<br />

i=C 1⋅ dv<br />

dt C 2⋅dv dt<br />

i=C 1 C 2 ⋅ dv<br />

dt<br />

i=C EQ ⋅ dv<br />

dt<br />

onde C EQ =C 1 C 2 <br />

Genericamente C EQ =∑ C n<br />

4.5 <strong>Indutores</strong><br />

<strong>Indutores</strong> são elementos armazenadores de energia na forma de campo magnético. O<br />

símbolo do indutor é apresentado na figura abaixo. Algumas vezes o símbolo do indutor<br />

apresenta alguma marcação como um circulo próximo a um de seus terminais ou vem<br />

acompanhado de outro indutor. Estes símbolos pertencem a indutores acoplados que serão<br />

estudados separadamente em outros capítulos.<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 8


O indutor é formado por um fio enrolado de tal forma a concentrar o campo magnético<br />

produzido quando o condutor é percorrido por corrente elétrica. O resultado é que a corrente<br />

que percorre o indutor torna-se dependente do fluxo magnético gerado. A característica de<br />

indutância é dada pela razão entre fluxo magnético e corrente<br />

L= t<br />

i t<br />

onde é fluxo magnético (weber – W) e L é indutância (Henry – H).<br />

4.6 Indutor linear e invariante<br />

O indutor linear e invariante apresenta a seguinte característica<br />

t=L⋅i t .<br />

Pela lei da indução de Faraday temos que<br />

d <br />

vt = .<br />

dt<br />

Esta lei, associada aos sentidos estabelecidos para corrente e tensão estão em acordo<br />

com a lei de Lenz que estabelece que a força eletromotriz induzida por uma variação de fluxo<br />

tem polaridade tal que se opõe à causa desta variação. Supondo que a corrente aumente, a<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 9


derivada do fluxo e a tensão sobre o indutor também aumentarão. Neste caso a polaridade da<br />

tensão é tal que tende a impedir novos aumentos da corrente.<br />

Utilizando as duas relações acima é possível determinar uma forma mais útil para<br />

caracterizar o indutor em termos de tensão e corrente em seus terminais.<br />

di t<br />

vt =L⋅<br />

dt<br />

ou<br />

it = 1<br />

L ⋅∫<br />

t<br />

0<br />

(uma relação linear)<br />

vt ' ⋅dt 'i 0 (uma relação linear apenas se i0=0 )<br />

Assim como ocorre com o capacitor o indutor também só pode ser perfeitamente<br />

caracterizado se conhecermos sua indutância L e a condição inicial i0 , ou seja, a corrente<br />

que circulava por ele antes da análise começar. O indutor também só pode ser considerado<br />

linear se a sua condição inicial for nula e caso não seja, pode ser modelado por um indutor<br />

descarregado em paralelo com uma fonte de corrente, como mostrado na figura abaixo.<br />

Observa-se que a corrente no indutor é obtida por uma integral e que a tensão é obtida<br />

por uma derivada. Isto significa que a tensão no indutor pode mudar instantaneamente ao<br />

passo que a corrente só pode mudar instantaneamente se a tensão sobre o indutor assumir<br />

valores infinitos (função impulso). Alguns autores denominam este efeito de inércia de<br />

corrente. Também resulta, desta observação, que em circuitos de corrente contínua ou<br />

pulsados o indutor se comporta como um circuito aberto para transições rápidas (degraus e<br />

impulsos) e como um curto circuito para corrente contínua (quando não há mais variações de<br />

tensão ou corrente). Entre o chaveamento e o estabelecimento de uma corrente contínua<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 10


constante há um período transitório onde o indutor se carrega e não pode ser considerado<br />

como nenhuma das situações acima.<br />

Exemplo: Calcular as tensões e correntes no indutor para t=0 + e t=∞ .<br />

Para t=0 +<br />

v L1 =v 1 =10V<br />

i L1 =0A<br />

Para t=∞<br />

v L1 =0V<br />

i L1 = v1 =10A<br />

R1 4.6.1 Modelo de Thévenin e Norton<br />

O modelo que representa o indutor carregado, apresentado acima, é semelhante ao<br />

modelo de Norton o que significa que ele também poderia ser representado por um modelo<br />

Thévenin equivalente. Os dois modelos estão apresentados na figura abaixo<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 11


Para que ambos os modelos sejam equivalentes é necessário que<br />

vst =L⋅ dist<br />

dt<br />

ist = 1<br />

L ⋅∫<br />

t<br />

0<br />

e<br />

vst ' ⋅dt '<br />

4.7 Indutor não linear<br />

Muitos indutores físicos têm característica não linear. Somente para uma faixa de<br />

valores de corrente em torno da origem o indutor é linear, para correntes de valor mais<br />

elevado o fluxo satura (apresenta pouca variação para uma mesma variação de corrente).<br />

Biologicamente este efeito também pode ocorrer com elementos que se comportam como<br />

resistência ou capacitância. Um dos efeitos não lineares mais comuns se chama histerese e é<br />

apresentada no gráfico da figura abaixo. Quando a corrente aumenta o fluxo aumenta por uma<br />

curva 1 porém quando a corrente diminui o fluxo diminui por uma curva 2 diferente da<br />

primeira. Este comportamento é ilustrado na figura abaixo.<br />

4.8 Energia armazenada no indutor<br />

A energia pode ser obtida pela integral da potência ao longo do tempo. O indutor, da<br />

mesma forma que o capacitor é capaz de armazenar energia ao invés de dissipá-la. Esta<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 12


energia fica armazenada no campo magnético criado entorno do indutor. Assim sendo a<br />

energia armazenada em um indutor é igual a energia fornecida a ele por uma fonte.<br />

w t 0, t=∫ t 0<br />

w t 0, t= ∫ t0 <br />

t <br />

w t=∫ 0<br />

t<br />

t <br />

vt ' ⋅it ' ⋅dt '<br />

i 1 ⋅d 1 (área entre o eixo e a curva)<br />

i 1 ⋅d 1<br />

A área entre as duas curvas 1 e 2 no gráfico da histerese representa perda de<br />

energia gasta para magnetizar o indutor. Quando maior a curva de histerese maior as perdas<br />

no indutor.<br />

Para um indutor linear e invariante<br />

w t=∫ 0<br />

t 1<br />

L ⋅d 1<br />

w t= 1<br />

2 ⋅2 t<br />

L<br />

w t= 1<br />

2 ⋅L⋅i2 t <br />

Um indutor passivo é aquele que apresenta energia armazenada maior ou igual a zero.<br />

Assim um indutor linear invariante é passivo se sua indutância é não negativa e ativo se sua<br />

indutância é negativa.<br />

4.9 Associação de indutores<br />

<strong>Indutores</strong> ligados em série ou em paralelo também podem ser substituídos por um<br />

indutor equivalente do ponto de vista da tensão e da corrente nos terminais da associação.<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 13


4.9.1 Associação Série<br />

Usando a LTK e LCK<br />

v=v L1 v L2<br />

v L =L1⋅ di<br />

dt L2⋅di dt<br />

v= L 1 L 2⋅ di<br />

dt<br />

v= L EQ ⋅ di<br />

dt<br />

onde<br />

L EQ =L 1 L 2 .<br />

Genericamente L EQ =∑ L n<br />

4.9.2 Associação Paralela<br />

Usando a LCK e a LTK<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 14


i=i L1 i L2<br />

i= 1<br />

⋅∫ vt ⋅dt<br />

L1 1<br />

L 2<br />

i= 1<br />

<br />

L1 1<br />

L2⋅∫vt ⋅dt<br />

i= 1<br />

⋅∫vt ⋅dt<br />

L EQ<br />

onde<br />

1<br />

L EQ<br />

= 1<br />

<br />

L1 1<br />

L2 ⋅∫ vt⋅dt<br />

Genericamente 1 =∑ L EQ<br />

1<br />

L n<br />

4.10 Lei dos nós e das malhas para equacionar circuitos RLC<br />

As leis de Kirchhoff são válidas para circuitos com capacitores, indutores e resistores<br />

que incluam fontes dependentes ou não. Por esta razão as sistematizações apresentadas para a<br />

LCK e LTK também são válidas.<br />

No circuito abaixo iremos equacionar as tensões nós.<br />

para o nó A (na fonte de corrente)<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 15


C 1⋅ dv A<br />

dt v A<br />

<br />

R1 1<br />

⋅∫v A−v B⋅dtI 0 =I1<br />

L1 para o nó B (no resistor R2)<br />

1<br />

⋅∫v B−v A⋅dt−I 0 L1 v B<br />

=0<br />

R2 a condição inicial do problema é<br />

v A 0=V 0<br />

Com estas equações já temos o sistema de equações diferenciais que resolvem o<br />

problema. Se a solução particular é a tensão sobre o resistor R2 então podemos obter esta<br />

equação somando as duas equações<br />

C 1⋅ dv A<br />

dt v A<br />

<br />

R 1<br />

vB =I1<br />

R2 e a tensão vA pode ser obtida derivando a segunda equação duas vezes<br />

1<br />

⋅v B− L1 1<br />

⋅v A L1 1<br />

⋅<br />

R2 dv B<br />

dt =0<br />

assim<br />

v A =v B L1 ⋅<br />

R 2<br />

dvB dt<br />

dv A<br />

dt = dvB dt L1 ⋅ d 2 v B<br />

R 2<br />

dt 2<br />

substituindo vA temos<br />

L1⋅C 1⋅ d 2 vB dt 2 R 2⋅C 1 L 1 1<br />

R ⋅dv B<br />

dt 1 R 2 1<br />

R ⋅v B=R 2⋅I1<br />

as condições iniciais são<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 16


v A 0=V 0 =R 2 ⋅I1<br />

e<br />

dvB 0<br />

dt = R2 ⋅[v A0−v B0]= L1 R2 ⋅[V 0−R2⋅I1] L1 O método de análise de malhas também pode ser utilizado. Neste caso a fonte de<br />

corrente em paralela com um resistor pode ser substituída pelo seu equivalente Thevenin.<br />

para a primeira malha<br />

R1⋅i 1V 0 1<br />

t<br />

⋅∫ C 1 0<br />

para a segunda malha<br />

i 1 −i 2 ⋅dt '=V1<br />

L1⋅ di L2<br />

dt R2⋅i 2−V t<br />

1<br />

0 ⋅∫ i 2−i1⋅dt '=0<br />

C 1 0<br />

a condição inicial do problema é<br />

i 2 0=I 0<br />

As equações acima garantem o sistema capaz de resolver o problema. Se estivermos<br />

interessados em uma resposta particular como a tensão sobre R 2 então podemos manipular as<br />

equações para obter a resposta desejada. Para isso podemos somar as duas equações acima<br />

R 1⋅i 1 L 1⋅ di 2<br />

dt R 2⋅i 2=V1<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 17


i1 = −L1 ⋅<br />

R1 di2 dt − R2 ⋅i 2 R1 V1<br />

R1 Derivando a segunda equação obtemos<br />

L1⋅ d 2 i 2<br />

dt 2 R2⋅ di 2<br />

dt i 2<br />

−<br />

C 1<br />

i1 =0<br />

C 1<br />

e substituindo i1<br />

L1⋅C 1⋅ d 2 i 2<br />

dt 2 R 2⋅C 1 L 1 1<br />

R ⋅di 2<br />

dt 1 R 1 2<br />

R ⋅i 2= V1<br />

R1 i 2 0=I 0<br />

di2 0 1<br />

= ⋅V 0−R2⋅I 0 dt L1 L1⋅C 1⋅ d 2 v2 dt 2 R2⋅C 1 L 1 1<br />

R ⋅dv 2<br />

dt 1 R 1 2<br />

R ⋅v 2=R 2⋅I1<br />

v 2 0=R 2 ⋅I 0<br />

dv20 dt = R2 ⋅V 0 – R2⋅I 0 L1 4.11 Exercícios<br />

1) Os circuitos das figuras abaixo estão operando em regime permanente, quando em<br />

t=0s, a chave S1 fecha. Determinar as correntes e tensões nos capacitores e indutores para os<br />

instantes imediatamente antes e depois do fechamento da chave e para tempo infinito: iL(0 – ),<br />

iL(0 + ), iC(0 – ), iC(0 + ), iL(∞), iC(∞), vC(0 – ), vC(0 + ), vC(∞), vL(0 – ), vL(0 + ), vL(∞), diL(0 – )/dt, diL(0 + )/dt,<br />

dvC(0 – )/dt, dvC(0 + )/dt.<br />

a) Considere Is1(t) uma fonte constante e independente e o capacitor descarregado.<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 18


Considerando a corrente fluindo da esquerda para a direita:<br />

v C1 0 - =0V , i C1 0 - =0A , dv C1 0+ <br />

dt =i C1 0+ <br />

C 1<br />

vC10 + =v C10 - , iC10 + = Is1<br />

⋅G 1 ,<br />

G1G 1<br />

dvC10+ <br />

dt =i C10+ <br />

C 1<br />

v C1 ∞=Is1⋅R 1 , i C1 ∞=0A<br />

b)<br />

Considerando a corrente fluindo da esquerda para a direita:<br />

i L1 0 - =0A , v L1 0 - =0V , di L1 0- <br />

dt = v L1 0- <br />

L 1<br />

i L1 0 + =0A , v L1 0 + = I1⋅R 1 , di L1 0+ <br />

dt = v L1 0+ <br />

L 1<br />

i L1 ∞=I1 , v L1 ∞=0V .<br />

c) Considere V1(t) uma fonte constante e o capacitor descarregado.<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 19


Considerando a corrente fluindo da esquerda para a direita:<br />

i L1 0 - = V1<br />

R 1<br />

i L1 0 + = V1<br />

R 1<br />

i L1 ∞= V1<br />

R 1<br />

, v L1 0 - =0V , di L1 0- <br />

dt = v L1 0- <br />

L 1<br />

, v L1 0 + =V1 , di L1 0+ <br />

dt = v L1 0+ <br />

L 1<br />

, v L1 ∞=0V .<br />

v C1 0 - =0V , i C1 0 - =0A , dv C1 0+ <br />

dt =i C1 0+ <br />

C 1<br />

v C1 0 + =0V , i C1 0 + = V1<br />

R 1<br />

v C1 ∞=V1 , i C1 ∞=0A .<br />

, dv C1 0+ <br />

dt =i C1 0+ <br />

C 1<br />

d) V1(t) é uma fonte constante e independente.<br />

Considerando a corrente fluindo da esquerda para a direita e de cima para baixo:<br />

i L1 0 - = V1<br />

R 1<br />

, v L1 0 - =0V , di L1 0- <br />

dt = v L1 0- <br />

L 1<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 20


i L10 + = V1<br />

, v<br />

R L10 1<br />

+ =0V , di L10+ <br />

dt = vL10+ <br />

L1 i L1 ∞= V1<br />

R 1<br />

, v L1 ∞=0V .<br />

v C1 0 - =V1 , i C1 0 - =0A , dv C1 0+ <br />

dt =i C1 0+ <br />

C 1<br />

v C1 0 + =V1 , i C1 0 + =− V1<br />

R 2<br />

v C1 ∞=0V , i C1 ∞=0A .<br />

, dv C1 0+ <br />

dt =i C1 0+ <br />

C 1<br />

e) V1(t) é uma fonte constante e independente<br />

Fazendo um Thévenin sem incluir C1 nem o ramo de R2.<br />

Em circuito aberto: v CA =v 2 =−R 3 ⋅i 1 =−R 3 ⋅ V1−2⋅v 2<br />

R 1<br />

Em curto circuito: iCC =I =i1 = V1−V B1<br />

=<br />

R11 V1<br />

.<br />

R1 V TH =v CA , R TH =− v CA<br />

I CC<br />

v C1 0 - =V TH , i C1 0 - =0A , dv C1 0+ <br />

dt =i C1 0+ <br />

C 1<br />

, logo v CA =− R3⋅V1<br />

R 1 2⋅R 3<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 21


v C1 0 + =V TH , i C1 0 + =− V TH<br />

R 2<br />

vC1 ∞= V TH<br />

⋅R 2 , iC1∞=0A .<br />

RTH R2 f) V1t=ut <br />

, dv C1 0+ <br />

dt =i C1 0+ <br />

C 1<br />

Como Vot=v C1 t , i C1 será determinado da direita para a esquerda.<br />

v C1 0 - =0V , i C1 0 - =0A , dv C1 0+ <br />

dt =i C1 0+ <br />

C 1<br />

v C1 0 + =0V , i C1 0 + =−i R2 =− V1<br />

R 2<br />

vC1 ∞=− V1<br />

⋅R1 , iC1∞=0A .<br />

R 2<br />

g) V1t=ut <br />

, dv C1 0+ <br />

dt =i C1 0+ <br />

C 1<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 22


v C1 0 - =0V , i C1 0 - =0A , dv C1 0+ <br />

dt =i C1 0+ <br />

C 1<br />

v C1 0 + =0V , i C1 0 + = V1<br />

R 1<br />

v C1 ∞=V1 , i C1 ∞=0A .<br />

, dv C1 0+ <br />

dt =i C1 0+ <br />

C 1<br />

2) Determine iL1(∞), iL1(0 + ), vC1(∞), vC1(0 + )<br />

Considerando a corrente fluindo da esquerda para a direita e de cima para baixo:<br />

i L1 0 + =0A , i L1 ∞=I1<br />

v C2 0 + =0V , v C2 ∞= I1⋅R 2 .<br />

3) Para o circuito abaixo determine vC(0 – ), vC(0 + ), iC(0 – ), iC(0 + ), vC(∞), iC(∞).<br />

Calculando o Thévenin do circuito sem o capacitor:<br />

R TH = R 1 R 2 // R 3 onde // indica “em paralelo com”<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 23


I1− I2<br />

V TH t= ⋅G SERIE⋅R 3<br />

G1G SERIE<br />

onde G SERIE= G 2 ⋅G 3<br />

G 2 G 3<br />

v C 0 - =V TH 0 - , i C 0 - =0A<br />

v C 0 + =V TH 0 - , i C0 + = V TH 0+ −V TH 0 - <br />

R TH<br />

v C ∞=V TH 0 + , i C ∞=0A .<br />

4) Supondo v1(t) e i1(t) fontes independentes e iguais a um degrau unitário de tensão e<br />

corrente respectivamente, determine a tensão sobre a fonte i1(t) e as expressões para vL2(t) e<br />

iv(t).<br />

v L2 = L 2 ⋅t<br />

v i1 −v 1 v L2 v R2 =0<br />

v i1 =u t −L 2 ⋅ t– i1⋅R 2<br />

i v –i1 – i L1 −i C1 =0<br />

i v =i1 1<br />

L ⋅∫u t ⋅dtC⋅t<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 24


5) Na figura abaixo o circuito se apresenta em regime permanente (todas as tensões e<br />

correntes são constantes) quando, em t=0 a chave S1 troca de posição. Calcule iL1(0 – ), iL1(0 + ),<br />

iC1(0 – ), iC1(0 + ), iL1(∞), iC1(∞), vC1(0 – ), vC1(0 + ), vC1(∞), vL1(0 – ), vL1(0 + ), vL1(∞), diL1(0 – )/dt,<br />

diL1(0 + )/dt, dvC1(0 – )/dt, dvC1(0 + )/dt.<br />

Considerando a corrente fluindo da esquerda para a direita e de cima para baixo:<br />

i L10 - = V2<br />

, v<br />

R1R L10 2<br />

- =0V , di L10- <br />

dt = v L10- L1 i L10 + = V2<br />

, v L10 R1R 2<br />

+ =0V , di L10+ <br />

dt = vL10+ <br />

L1 i L1∞= V1<br />

, v L1∞=0V .<br />

R1R2 vC10 - = V2<br />

⋅R2 , i<br />

R1R C10 2<br />

- =0A , dvC10+ <br />

dt =i C10+ <br />

C 1<br />

v C1 0 + = V2<br />

R 1 R 2<br />

⋅R 2 , i C1 0 + = V1−v C1 0+ <br />

vC1∞= V1<br />

⋅R2 , iC1∞=0A .<br />

R1R 2<br />

R 1<br />

−i L10 + , dv C1 0+ <br />

dt =i C1 0+ <br />

C 1<br />

Princípios de Instrumentação Biomédica – <strong>COB</strong> <strong>781</strong> 25

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