Rede elétrica

Um circuito elétrico simples feito de uma fonte de tensão e um resistor. Toma. v= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =Eu...R- Sim.De acordo com a lei de Ohm.

Uma rede elétrica é uma interconexão de componentes elétricos (por exemplo, baterias, resistores, indutores, capacitores, interruptores, transistores) ou um modelo de tal interconexão, consistindo de elementos elétricos (por exemplo, tensão fontes, fontes de corrente, resistências, indutâncias, capacitâncias). Um circuito elétrico é uma rede que consiste em um circuito fechado, fornecendo um caminho de retorno para a corrente. As redes elétricas lineares, um tipo especial que consiste apenas em fontes (tensão ou corrente), elementos lineares concentrados (resistores, capacitores, indutores) e elementos lineares distribuídos (linhas de transmissão), têm a propriedade de que os sinais são linearmente sobrepostos. Eles são, portanto, mais facilmente analisados, usando métodos de domínio de frequência poderosos, como as transformadas de Laplace, para determinar a resposta DC, a resposta AC e a resposta transiente.

Um circuito resistivo é um circuito contendo apenas resistores e fontes ideais de corrente e tensão. A análise de circuitos resistivos é menos complicada do que a análise de circuitos contendo capacitores e indutores. Se as fontes forem fontes constantes (DC), o resultado é um circuito DC. A resistência efetiva e as propriedades de distribuição de corrente de redes de resistores arbitrários podem ser modeladas em termos de suas medidas gráficas e propriedades geométricas.

Uma rede que contém componentes eletrônicos ativos é conhecida como um circuito eletrônico. Essas redes são geralmente não lineares e requerem ferramentas de design e análise mais complexas.

Classificação

Por passividade

Uma rede ativa contém pelo menos uma fonte de tensão ou fonte de corrente que pode fornecer energia à rede indefinidamente. Uma rede passiva não contém uma fonte ativa.

Uma rede ativa contém uma ou mais fontes de força eletromotriz. Exemplos práticos de tais fontes incluem uma bateria ou um gerador. Os elementos ativos podem injetar energia no circuito, fornecer ganho de energia e controlar o fluxo de corrente dentro do circuito.

As redes passivas não contêm nenhuma fonte de força eletromotriz. Eles consistem em elementos passivos como resistores e capacitores.

Por linearidade

Uma rede é linear se seus sinais obedecem ao princípio da superposição; caso contrário, é não linear. As redes passivas são geralmente consideradas lineares, mas há exceções. Por exemplo, um indutor com núcleo de ferro pode ser levado à saturação se conduzido com uma corrente grande o suficiente. Nesta região, o comportamento do indutor é muito não linear.

Por grumos

Componentes passivos discretos (resistores, capacitores e indutores) são chamados de elementos concentrados porque todos os seus, respectivamente, resistência, capacitância e indutância são considerados localizados ("agrupados") em um só lugar. Essa filosofia de projeto é chamada de modelo de elementos concentrados e as redes assim projetadas são chamadas de circuitos de elementos concentrados. Esta é a abordagem convencional para o projeto de circuitos. Em frequências altas o suficiente ou para circuitos longos o suficiente (como linhas de transmissão de energia), a suposição concentrada não é mais válida porque há uma fração significativa de um comprimento de onda nas dimensões do componente. Um novo modelo de projeto é necessário para tais casos, chamado de modelo de elementos distribuídos. As redes projetadas para este modelo são chamadas de circuitos de elementos distribuídos.

Um circuito de elementos distribuídos que inclui alguns componentes agrupados é chamado de projeto semi-agrupado. Um exemplo de circuito semi-agrupado é o filtro combline.

Classificação de fontes

As fontes podem ser classificadas como fontes independentes e fontes dependentes.

Independente

Uma fonte independente ideal mantém a mesma tensão ou corrente independentemente dos outros elementos presentes no circuito. Seu valor é constante (DC) ou senoidal (AC). A força da tensão ou corrente não é alterada por qualquer variação na rede conectada.

Dependente

As fontes dependentes dependem de um elemento específico do circuito para fornecer a energia, tensão ou corrente, dependendo do tipo de fonte.

Aplicando leis elétricas

Várias leis elétricas se aplicam a todas as redes resistivas lineares. Esses incluem:

• A lei atual de Kirchhoff: A soma de todas as correntes que entram em um nó é igual à soma de todas as correntes que deixam o nó.

• Lei de tensão de Kirchhoff: A soma direcionada das diferenças de potencial elétrico em torno de um loop deve ser zero.

• Ohm's law: A tensão através de um resistor é igual ao produto da resistência e a corrente fluindo através dele.

• O teorema do Norton: Qualquer rede de fontes de tensão ou corrente e resistores é eletricamente equivalente a uma fonte de corrente ideal em paralelo com um único resistor.

• Teorema de Thévenin: Qualquer rede de fontes de tensão ou corrente e resistores é eletricamente equivalente a uma única fonte de tensão em série com um único resistor.

• Teorema de Superposição: Em uma rede linear com várias fontes independentes, a resposta em um determinado ramo quando todas as fontes estão atuando simultaneamente é igual à soma linear de respostas individuais calculadas tomando uma fonte independente de cada vez.

A aplicação dessas leis resulta em um conjunto de equações simultâneas que podem ser resolvidas algebricamente ou numericamente. As leis geralmente podem ser estendidas para redes contendo reatâncias. Eles não podem ser usados em redes que contenham componentes não lineares ou variantes no tempo.

Métodos de design

Para projetar qualquer circuito elétrico, seja analógico ou digital, os engenheiros elétricos precisam ser capazes de prever as tensões e correntes em todos os locais do circuito. Circuitos lineares simples podem ser analisados manualmente usando a teoria dos números complexos. Em casos mais complexos, o circuito pode ser analisado com programas de computador especializados ou técnicas de estimativa, como o modelo linear por partes.

Software de simulação de circuito, como HSPICE (um simulador de circuito analógico), e linguagens como VHDL-AMS e verilog-AMS permitem que os engenheiros projetem circuitos sem o tempo, custo e risco de erro envolvidos na construção de protótipos de circuitos.

Software de simulação de rede

Circuitos mais complexos podem ser analisados numericamente com software como SPICE ou GNUCAP, ou simbolicamente usando software como SapWin.

Linearização em torno do ponto de operação

Ao se deparar com um novo circuito, o software primeiro tenta encontrar uma solução de estado estacionário, ou seja, uma onde todos os nós estejam em conformidade com a lei de corrente de Kirchhoff e as tensões entre e através cada elemento do circuito está em conformidade com as equações de tensão/corrente que governam esse elemento.

Uma vez encontrada a solução do estado estacionário, os pontos de operação de cada elemento do circuito são conhecidos. Para uma análise de pequenos sinais, cada elemento não linear pode ser linearizado em torno de seu ponto de operação para obter a estimativa de pequenos sinais das tensões e correntes. Esta é uma aplicação da Lei de Ohm. A matriz de circuito linear resultante pode ser resolvida com eliminação gaussiana.

Aproximação linear por partes

Software como a interface PLECS para Simulink usa a aproximação linear por partes das equações que governam os elementos de um circuito. O circuito é tratado como uma rede completamente linear de diodos ideais. Cada vez que um diodo muda de ligado para desligado ou vice-versa, a configuração da rede linear muda. Adicionar mais detalhes à aproximação das equações aumenta a precisão da simulação, mas também aumenta seu tempo de execução.