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Resposta de Circuitos RC e RL: Introdução e Circuitos Livres, Notas de estudo de Energia

Neste documento, o professor luis s.b. Marques aborda os circuitos rc e rl livres de fontes, explicando que as respostas resultam das energias armazenadas nos elementos dinâmicos. Ele também introduz a ideia de respostas naturais e forçadas, e discute as constantes de tempo em redes que contêm elementos armazenadores de energia.

O que você vai aprender

  • O que é uma constante de tempo e como ela é calculada?
  • Em que circunstâncias as respostas naturais e forçadas se sobrepõem?
  • Qual é a diferença entre circuitos RC e RL livres de fontes?
  • Qual é a importância da análise de circuitos RC e RL livres de fontes?
  • Como as respostas em circuitos RC e RL são compostas?

Tipologia: Notas de estudo

2022

Compartilhado em 07/11/2022

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Salome_di_Bahia 🇧🇷

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Resposta de circuitos RC e RL
Prof. Luis S. B. Marques
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA
CAMPUS JOINVILLE
DEPARTAMENTO DO DESENVOLVIMENTO DO ENSINO
COORDENAÇÃO ACADÊMICA
EletroEletronica
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Resposta de circuitos RC e RL

Prof. Luis S. B. Marques MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA CAMPUS JOINVILLE DEPARTAMENTO DO DESENVOLVIMENTO DO ENSINO COORDENAÇÃO ACADÊMICA EletroEletronica

Introdução

  • Inicialmente estudaremos circuitos RL e RC livres de fontes. Veremos que as respostas resultam das energias armazenadas nos elementos dinâmicos. Esta resposta é conhecida como resposta natural.
  • Prosseguindo, iremos considerar os circuitos RL e RC nos quais as funções de alimentação são fontes independentes constante que são aplicadas repentinamente. A resposta consiste de duas partes: uma resposta natural e uma resposta forçada.

Circuito RC sem fontes

K
RC

t ln v = − +

= − dt v CR dv 1 v V K o ln ( 0 ) = ln =

  • A constante K deve ser escolhida de tal forma que a condição inicial v(0)=Vo seja satisfeita. Portanto, em t=0 tem-se que:

Circuito RC sem fontes

o

V
RC

t ln v = − + ln RC t v V o ln − ln = − RC t V v o ln = −

  • Substituindo o valor para a constante K: RC t o v t V e − ( ) = ⋅

Constantes de tempo

- Em redes que contêm elementos armazenadores de energia é útil caracterizar a velocidade com a qual a resposta natural decresce.

  • Percebe-se, em circuitos RC, que quanto menor o produto RC mais rapidamente a resposta natural decresce.

Constantes de tempo

  • Ao final de cinco constantes de tempo a resposta é multiplicada pelo fator , ou seja, pode-se considerar a resposta igual a zero.

Constante de tempo

  • Ao final de duas constantes de tempo a resposta é multiplicada pelo fator: − 2 e − 5 e

Circuito RL sem fontes

  • Ri = 0 dt di L
  • Aplicando LKT:
    • i = 0 L
R

dt di i L

R

dt di

= − ⋅ dt

L

R

i

di

Circuito RL sem fontes

o

I
L

Rt ln i = − + ln L Rt i I o ln − ln = − L Rt I i o ln = −

  • Substituindo o valor para a constante K: t L R o i t I e − ( ) = ⋅

Circuito RL sem fontes

R L τ =

  • Visto que a resposta natural também é uma função exponencial, como no circuito RC, essa resposta também possui uma constante de tempo. De forma análoga, a constate de tempo para o circuito RL é:

Rede RC excitada

o v = V − ( 0 ) − + + = 0 dt dv C R v I o

  • Considere que a tensão inicial sobre o capacitor é:
  • Escrevendo a equação nodal C
I

dt dv RC v o

  • =
RC

v RI dt dv o

RC

dt v RI dv o

  • Integrando.......

Rede RC excitada

dt v RI RC dv o

o u = vRI

= − dt u RC du 1 du = dv t K RC u = − +

ln t K RC v RI o − = − + 1 ln( ) o K RC t v = e + RI − + K A = e o RC t v = Ae + RI

Rede RC excitada

Resporta natural Resporta forçada Resporta completa

A função Degrau unitário

  • A função degrau unitário é uma função que é igual a zero para todos os valores negativos de seu argumento, e um para todos os valores positivos de seu argumento.
  • A função degrau unitário pode ser usada para representar tensões ou correntes com descontinuidades finitas. Por exemplo, um degrau de V volts pode ser representado pelo produto Vu(t).

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