Circuitos resistivos

Nós, malhas, fontes ideais, divisores, Thévenin, Norton e potência máxima.

TLDR

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Referências e Kirchhoff

  • Modelo concentrado: despreza o atraso de propagação entre elementos.
  • Fixa um nó de referência e uab=Va−Vbu_{ab}=V_a-V_b. Na convenção passiva, a corrente entra no terminal positivo e p=uip=ui é potência absorvida.
  • Num nó ideal, ∑ik=0\sum i_k=0. Num caminho fechado orientado, ∑uk=0\sum u_k=0, sem fluxos variáveis externos omitidos pelo modelo.
  • Uma corrente negativa indica sentido real oposto à referência; mantém os sinais nas equações.
  • Uma fonte ideal de tensão fixa uu; uma fonte ideal de corrente fixa ii. A rede determina a outra grandeza.

Associações e método dos nós

LigaçãoCondiçãoResultado
SérieMesma corrente, sem derivação intermédiaReq=∑RiR_{\rm eq}=\sum R_i
ParaleloMesmos dois nós1/Req=∑1/Ri1/R_{\rm eq}=\sum1/R_i

Num divisor, U2=UsR2/(R1+R2)U_2=U_sR_2/(R_1+R_2). Com carga RLR_L, substitui R2R_2 por R2∥RLR_2\parallel R_L. Para dois ramos paralelos, I1=IR2/(R1+R2)I_1=IR_2/(R_1+R_2).

Divisor de tensão com cargaFonte de 12 volts ligada a R1 de 2 quilo-ohms em série com o paralelo de R2 e da carga RL, ambas de 4 quilo-ohms. A é o nó de saída e B o retorno.+−12 VR₁ 2 kΩR₂4 kΩRₗ4 kΩAB
A carga altera o divisor: R₂ e Rₗ partilham os nós A e B.

Escreve as correntes a sair de cada nó desconhecido. No esquema com fonte de 12 V12\,\mathrm V, VA=6 VV_A=6\,\mathrm V; a fonte fornece 3 mA3\,\mathrm{mA} e cada ramo recebe 1,5 mA1{,}5\,\mathrm{mA}. Ver método dos nós.

No método das malhas, válido apenas para redes planares, define sentidos no desenho. Um resistor comum vê R(ia−ib)R(i_a-i_b) quando as correntes o atravessam em sentidos opostos. Ver método das malhas.

Limites térmicos aplicam-se a cada resistor. Em série, Imax⁡2=min⁡k(Pk,max⁡/Rk)I_{\max}^2=\min_k(P_{k,\max}/R_k); em paralelo, Umax⁡2=min⁡k(Pk,max⁡Rk)U_{\max}^2=\min_k(P_{k,\max}R_k). A potência nominal do conjunto não é, em geral, a soma das classificações. Ver limites de potência.

Thévenin, Norton e potência

Uma rede linear vista de dois terminais equivale a UThU_{\rm Th} em série com RThR_{\rm Th}, ou a IN=UTh/RThI_N=U_{\rm Th}/R_{\rm Th} em paralelo com a mesma resistência, com orientações coerentes.

  1. Calcula UThU_{\rm Th} em aberto.
  2. Para obter RThR_{\rm Th}, anula fontes independentes: tensão vira curto, corrente vira aberto. Mantém fontes dependentes e usa uma fonte de teste.
  3. Liga a carga e calcula IL=UTh/(RTh+RL)I_L=U_{\rm Th}/(R_{\rm Th}+R_L).

A sobreposição vale para tensões e correntes, não diretamente para potências.

Para RTh>0R_{\rm Th}>0 e carga resistiva, a potência máxima ocorre em RL=RThR_L=R_{\rm Th}:

Pmax⁡=UTh24RTh.P_{\max}=\frac{U_{\rm Th}^2}{4R_{\rm Th}}.

Máxima potência não implica máxima eficiência. Os 50%50\% do equivalente não representam necessariamente a eficiência interna da rede original. Ver balanço de potência.

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