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1 Circuitos Elétricos Avançados Aula 03: Circuitos elétricos de duas portas: quadripolos Renato Kazuo Miyamoto • Unidade de Ensino: 3 • Competência da Unidade: Conhecer e aplicar as propriedades dos quadripolos para a resolução dos circuitos elétricos. • Resumo: Nesta aula serão apresentados os conceitos de quadripolos, apresentando os parâmetros híbridos e de transmissão, bem como seus circuitos equivalentes. • Palavras-chave: Quadripolos. Parâmetros híbridos. Parâmetros de transmissão. Redes e circuitos equivalentes. • Título da Tele aula: Circuitos elétricos de duas portas: quadripolos • Tele aula nº: 3 Contextualização Um par de terminais através dos quais pode entrar ou sair uma corrente de um circuito é conhecido como porta. Dispositivos ou elementos de dois terminais (como resistores, capacitores e indutores) resultam em circuitos de uma porta. Circuito de duas portas é um circuito elétrico com duas portas distintas para entrada e saída. Contextualização Circuitos são úteis em comunicação, sistemas de controle, sistemas de potência e eletrônica. Por exemplo, eles são usados em eletrônica para criar modelos de transistores e facilitar o projeto em cascata. Conhecer os parâmetros de um circuito de duas portas permite que o tratemos como uma “caixa preta”, quando inserido em um circuito maior. Fonte: https://goo.gl/images/1L5XtX Conceitos Introdução aos quadripolos Introdução aos quadripolos Quadripolos: dispositivos elétricos que possuem quatro terminais; Cada par de terminais dos quadripolos corresponde a uma porta (circuitos de duas portas) O quadripolo apresenta duas correntes e duas tensões (contínua ou alternada); Fonte: MORACO, 2018, pg 8 1 2 3 4 5 6 2 Introdução aos quadripolos Se for estabelecida uma relação entre tensões e correntes, o quadripolo pode ser visto como uma caixa preta; Para ser considerado um quadripolo o circuito deve atender alguns requisitos: - Não conter fontes independentes; - Ter condições iniciais nulas; - Não haver ligações externas entre a entrada e a saída. Introdução aos quadripolos Eles podem ser representador por meio de duas equações independentes: VD variáveis dependentes; VI variáveis independentes; Kij parâmetros do quadripolo. Fonte: MORACO, 2018, pg 8 Introdução aos quadripolos A partir da equação, são definidos modelos matriciais que contêm os parâmetros do quadripolo: Matriz de impedâncias de circuito-aberto; Matriz de admitâncias em curto-circuito; Matriz de parâmetros híbridos; Matriz de parâmetros de transmissão. Introdução aos quadripolos A partir dos modelos, é possível definir quem são as VD´s e VI´s, bem como os parâmetros que representam o sistema. Fonte: MORACO, 2018, pg 8 Introdução aos quadripolos Um quadripolo pode ser representado com duas fontes de corrente ou duas fontes de tensão: A partir dessas representações chega-se aos modelos dos quadripolos. Fonte: MORACO, 2018, pg 12 Conceitos Modelos de quadripolos 7 8 9 10 11 12 3 Modelo de quadripolos Modelo impedância: Correntes: VI; Tensões: VD; Os elementos zij são os parâmetros de impedância obtidos com o cálculo ou medição das tensões quando uma das correntes é nula; Fonte: MORACO, 2018, pg 12 Modelo de quadripolos Modelo Impedância: Z11 e Z22 são impedâncias de entrada e saída; Z12 e Z21 são impedâncias de transferência; Fonte: MORACO, 2018, pg 12 Modelo de quadripolos Quadripolo simétrico quando Z11= Z22; Um quadripolo é recíproco quando a troca fonte de tensão ideal de uma porta a outra, gere a mesma leitura no amperímetro posto na porta de resposta Fonte: ALEXANDER, SADIKU, pg.772. Modelo de quadripolos Circuito equivalente para: Caso recíproco: Casos gerais: Fonte: ALEXANDER, SADIKU, pg.772 Modelo de quadripolos Modelo admitância: Correntes: VD; Tensões: VI; Os elementos yij são os parâmetros de impedância obtidos com o cálculo ou medição das tensões quando uma das tensões é nula (curto em um par de terminais); Fonte: MORACO, 2018, pg 12 Modelo de quadripolos Modelo admitância: y11 e y22 são admitâncias de entrada e saída; y12 e y21 são admitâncias de transferência; Fonte: MORACO, 2018, pg 15 13 14 15 16 17 18 4 Modelo de quadripolos Circuito equivalente: Caso recíproco: Caso geral: Fonte: ALEXANDER, SADIKU, pg.776 Conceitos Parâmetros híbridos e de transmissão Modelo híbrido Modelo híbrido: V1 e I2: VD; V2 e I1: VI; Os elementos hij são os parâmetros híbridos formam uma combinação híbrida de variáveis dependentes e independentes; Fonte: MORACO, 2018, pg 27 Modelo híbrido Modelo híbrido: h11 e h22 em Ω; h12 e h21 em S; Fonte: MORACO, 2018, pg 28 Determine os parâmetros híbridos para o circuito de duas portas: Determine os parâmetros híbridos para o circuito de duas portas: 19 20 21 22 23 24 5 Modelo híbrido O modelo híbrido é muito utilizado para representação de transistor pela facilidade de se obter experimentalmente os parâmetros. Fonte das imagens: MORACO, 2018, pg 28 Modelo híbrido Modelo híbrido inverso: V1 e I2: VI; V2 e I1: VD; Os elementos gij são os parâmetros híbridos inversos; Fonte: MORACO, 2018, pg 27 Modelo de transmissão Modelo de transmissão: V1 e I1: VD; V2 e -I2: VI; A, B, C e D são os parâmetros de transmissão; Esse modelo fornece uma medida de quanto o circuito transmite a tensão e a corrente de uma fonte de entrada para uma carga. Fonte: MORACO, 2018, pg 28 Modelo de transmissão Modelo de transmissão: A é a razão de tensão de circuito aberto; B é a impedância de transferência de curto-circuito negativa; C é a admitância de transferência de circuito aberto; D é a razão de corrente de curto-circuito negativo; Fonte: MORACO, 2018, pg 32 Modelo de transmissão Modelo de transmissão inverso: V2 e -I2: VD; V1 e I1: VI; Conceitos Análise de circuito eletrônico por meio de quadripolos 25 26 27 28 29 30 6 Situação Problema Você é um projetista eletrônico em uma empresa que fabrica amplificadores de áudio; Objetivo: caracterizar o ganho de tensão total de um circuito amplificador transistorizado; Av=200 V/V Ai=100 A/A; Fonte: MORACO, 2018, pg 26 Resolvendo a Situação Problema Caracterizar o ganho de tensão total de um circuito amplificador transistorizado. Dados do modelo híbrido do transistor: Impedância de entrada de base: Razão de real. de tensão inversa: Ganho de corrente coletor-base: Admitância de saída: Resolvendo a Situação Problema Aplicando os parâmetros híbridos nas equações do modelo: Fonte: MORACO, 2018, pg 38 Resolvendo a Situação Problema Analisando o circuito equivalente, temos: Resolvendo a Situação Problema Substituindo nas equações do modelo: Conceitos Recapitulando 31 32 33 34 35 36 7 Recapitulando - Introdução aos quadripolos; - Parâmetros híbridos e de transmissão; - Interconexão de quadripolos. Um par de terminais através dos quais pode entrar ou sair uma corrente de um circuito é conhecido como porta. Dispositivos ou elementos de dois terminais (como resistores, capacitores e indutores) resultam em circuitos de uma porta. Circuito de duas portas é um circuito elétrico com duas portas distintas para entrada e saída. Circuitos são úteis em comunicação, sistemas de controle, sistemas de potência e eletrônica. Por exemplo, eles são usados em eletrônica para criar modelos de transistores e facilitar o projeto em cascata. Conhecer os parâmetros de um circuito de duas portas permite que o tratemos como uma “caixa preta”, quando inserido em um circuito maior. Fonte: https://goo.gl/images/1L5XtX 37 38 39 40