CIRCUITOS ELÉTRICOS Introdução

CIRCUITOS ELÉTRICOS
Introdução
Prof. Dr. Alex da Rosa
UnB – ENE – LARA
www.ene.unb.br/alex
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Preliminares
• Conceito de circuito elétrico:
Interconexão de componentes ou dispositivos elétricos (fontes,
resistores, capacitores, interruptores, etc.) com o qual se deseja
desempenhar determinada função, como acionar um motor, ligar
uma lâmpada, carregar uma bateria.
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Preliminares
• Por que estudar circuitos elétricos?
A análise de um circuito tem como objetivo determinar, qualitativa e
quantitativamente, as principais grandezas elétricas: tensão, corrente,
potência.
Permite projetar os diversos dispositivos que compõem um
microcomputador, uma antena de transmissão de TV, a instalação
elétrica de uma residência, um manipulador robótico.
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Teoria de circuitos elétricos
• Esta disciplina não trata dos fenômenos físicos que ocorrem no interior dos
dispositivos (transistor ou capacitor, por exemplo); estes aspectos são
estudados em outras disciplinas.
• O objetivo aqui é modelar os componentes clássicos que constituem os
circuitos elétricos, bem como estudar os principais métodos utilizados na
análise de circuitos.
• As ferramentas matemáticas necessárias para a análise de circuitos
envolvem sistemas de equações algébricas, equações diferenciais, álgebra
de números complexos, transformada de Laplace, série de Fourier, etc.
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Teoria de circuitos elétricos
• Voltagem: desde mV (estudo de ruídos em instrumentos de precisão) até
MV (sistemas de alta tensão);
• Corrente: desde fA (10-15 A) em eletrômetros até MA (circuitos de alta
potência em curto-circuito);
• Frequência: desde 0 Hz (circuitos de corrente contínua) até dezenas de
GigaHertz (1 GHz = 109 Hz) em circuitos de microondas;
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Teoria de circuitos elétricos
• Potência: desde 10-14 W (sinais de rádio originados de galáxias distantes)
até GW (geradores elétricos para sistemas de potência).
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Circuitos concentrados e distribuídos
• É importante distinguir os circuitos elétricos com parâmetros concentrados
e circuitos elétricos com parâmetros distribuídos.
• Um circuito é considerado concentrado se suas dimensões físicas são
pequenas o suficiente para que as ondas eletromagnéticas se propaguem
nele instantaneamente.
• Nesta disciplina serão considerados apenas circuitos concentrados (em
oposição a circuitos distribuídos).
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Circuitos concentrados e distribuídos
• Exemplo: Chip de computador com 1 cm de comprimento e sinal com
duração de 1 segundo.
• Qual o tempo necessário para que uma onda eletromagnética se propague
neste circuito?
d
102 m
11
t 

3
,
33

10
s  0,033 ns
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c 3 10 m/s
• Assim, o tempo de propagação é desprezível em relação à duração do sinal
de interesse. O circuito do chip pode ser considerado concentrado.
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Circuitos concentrados e distribuídos
• Exemplo: Circuito de áudio operando na frequência de 25 kHz.
• Para ondas eletromagnéticas, esta frequência corresponde a um
comprimento de onda de:
c 3 108 m/s
 
 12 km
3
f 25 10 /s
• Assim, mesmo um grande circuito de áudio ainda é muito pequeno quando
comparado ao comprimento de onda de interesse. O circuito pode ser
considerado concentrado.
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Circuitos concentrados e distribuídos
• Em determinadas situações as dimensões físicas dos circuitos devem
ser consideradas, sendo estes denominados de circuitos com parâmetros
distribuídos.
• Exemplo: linha de transmissão
c 3 108 m/s
 
 5.000 km
f
60 /s
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Circuitos concentrados e distribuídos
• Sob o ponto de vista da teoria eletromagnética, um circuito com parâmetros
concentrados reduz-se a um ponto, pois está baseado na aproximação de
que ondas eletromagnéticas propagam-se pelo circuito instantaneamente.
• Analogia com a aproximação de um corpo rígido por uma partícula
pontual; neste caso, todos os dados do corpo relativo à sua extensão física
(forma, tamanho, orientação, etc.) não são considerados.
• Assim, em circuitos concentrados os efeitos de propagação são
desprezados.
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Circuitos físicos e dispositivos
• Circuitos físicos são obtidos conectando-se dispositivos elétricos por
meio de fios. Em geral, considera-se que estes fios são condutores ideais.
• Dispositivos (elementos) de circuitos:
Possuem modelos idealizados
Modelo é uma aproximação
Exemplos: transformador, capacitor, bateria, diodo, transistor, etc.
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Aplicações em outras ciências
• Sistemas mecânicos (massa-mola-amortecedor) sujeitos a movimento de
translação podem ser representados por circuitos elétricos análogos.
• Força aplicada à massa  tensão elétrica
• Velocidade da massa  corrente elétrica
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Aplicações em outras ciências
• Obstruções de vasos sanguíneos podem ser diagnosticadas com o auxílio
de microfones sensíveis para detectar anomalias acusticamente.
• Para prever as propriedades do som emitido na artéria coronária esquerda,
um modelo desenvolvido divide a artéria em 14 segmentos, sendo o fluxo
sanguíneo análogo à corrente elétrica.
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Próximas aulas
• Conceitos básicos:
Corrente elétrica
Tensão
Potência
• Componentes de circuitos
• Leis de Kirchhoff
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