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1 TEOREMAS DE THÉVENIN E NORTON Ana Maria Beltran Pavani Guilherme Penello Temporão I. INTRODUÇÃO Após o estudo da aplicação das Leis de Kirchhoff aos circuitos elétricos resistivos, o aluno já deve ser capaz de solucionar qualquer problema envolvendo circuitos que contenham resistores e fontes (independentes ou controladas). Entretanto, uma série de métodos de análise de circuitos foi desenvolvida através dos tempos para facilitar a vida do engenheiro elétrico. O Principio da Superposição, já estudado, é um exemplo de método que pode simplificar a análise de circuitos resistivos. Os teoremas de Thévenin e Norton são outros exemplos. O objetivo desses teoremas é encontrar um circuito simples cujo efeito em um dado par de terminais é equivalente ao do circuito original mais complexo. As seções a seguir tratam separadamente de cada teorema e da relação que existe entre eles. II. O TEOREMA DE THÉVENIN Suponha que estamos interessados em estudar o efeito de um circuito complexo sobre um par de terminais, a e b. Dependendo da aplicação, esses podem ser os terminais de um único elemento ou até mesmo de um sub-circuito. Podemos enunciar o teorema da seguinte forma: Dado um circuito contendo resistores e fontes, o seu Circuito Equivalente de Thévenin com relação a um certo par de terminais é obtido substituindo-se o circuito original por uma fonte independente de tensão Vth em série com uma resistência Req. Vth é o valor da tensão em aberto entre os terminais e Req é o valor da resistência equivalente vista pelos terminais quando estes estão em aberto e todas as fontes independentes estão desligadas. Em outras palavras: o efeito de qualquer circuito complexo sobre um dado par de terminais pode ser estudado substituindo-se o circuito complexo por uma associação em série de uma fonte independente de tensão e de uma resistência. A figura 1 ilustra esse processo. Figura 2.1: Teorema de Thévenin. O elemento de circuito conectado entre a e b está sujeito aos mesmos efeitos nas duas situções ilustradas. 2 O teorema de Thévenin é considerado um dos teoremas mais importantes que existem na teoria de circuitos elétricos. O nome do teorema se refere ao engenheiro francês que o publicou pela primeira vez; acredita-se, todavia, que boa parte dos resultados obtidos por Thévenin foram conseqüência de estudos anteriores de H. Helmholtz, um grande pesquisador na área do eletromagnetismo. Para aplicarmos o teorema de Thévenin é necessário, portanto, sabermos como calcular a tensão em aberto Vth e a resistência equivalente Req vista pelos terminais. Existem várias formas de se obter esses resultados; algumas mais específicas, outras mais gerais. Optamos por explicar primeiramente os métodos mais específicos, através de exemplos, para em seguida citarmos rapidamente alguns outros métodos interessantes. O primeiro exemplo compreende circuitos contendo apenas fontes independentes e resistores, enquanto o segundo exemplo trata de circuitos contendo fontes controladas. Em seguida, um terceiro exemplo será dado como demonstração de um método mais genérico. EXEMPLO 2.1: CIRCUITOS CONTENDO FONTES INDEPENDENTES E RESISTORES Para o circuito ilustrado abaixo, determine o valor da resistência R de forma que a corrente que o atravessa seja igual a 10mA. Figura 2.2: Exemplo 2.1 (circuito contendo fontes independentes e resistores) É importante que o aluno, neste momento, reflita sobre a utilidade do Teorema de Thévenin. Alguém poderia perguntar: “Mas para quê eu vou usar um teorema que eu nem conheço pra resolver um circuito que eu sei resolver usando as Leis de Kirchhoff ou até mesmo o Princípio da Superposição?”. Essa é uma excelente pergunta. É verdade que as Leis de Kirchhoff, por si só, são capazes de solucionar qualquer circuito, da mesma forma que as Equações de Maxwell solucionam qualquer problema do Eletromagnetismo. A vantagem do uso do Teorema de Thévenin está na simplicidade de se fazer alterações no elemento sobre o qual queremos avaliar o efeito do circuito. Isso será melhor compreendido no final desse exercício. Para aplicar o teorema de Thévenin, precisamos inicialmente identificar a parte do circuito que queremos substituir por um circuito mais simples. Como estamos interessados no efeito do circuito sobre o resistor R, vamos aplicar o teorema de Thévenin com relação aos terminais do próprio resistor R. Vamos chamar esses terminais de a e b. PASSO #1: Obter o valor da tensão Vth A tensão Vth é, por definição, o valor da tensão em aberto entre os terminais a e b. Portanto, substituimos o resistor R por um circuito aberto. Note que o resistor de 100Ω que estava em série com R no circuito original não irá interferir na tensão em aberto entre a e b, pois não circula corrente por ele. Assim, a tensão entre os terminais será a tensão no resistor de 50Ω da direita. A figura 2.3 mostra esse raciocínio. 3 Figura 2.3: Quando R é substituído por um aberto, não passa corrente pelo resistor de 100 ohms e a tensão entre a e b é a tensão no resistor de 50 ohms. Podemos calcular essa tensão aplicando a Lei dos Nós no supernó que engloba os terminais da fonte de tensão de 8V: 50 8V 50 V m40 thth − += V5V28V2 thth =⇒=− PASSO #2: Obter o valor da resistência Req Para este circuito, no qual existem apenas fontes independentes e resistores, a resistência equivalente vista pelos terminais a e b pode ser obtida desligando-se as fontes, ou seja, substituindo as fontes de tensão por um curto-circuito e as fontes de corrente por um circuito aberto. Assim, o circuito resultante é ilustrado na figura abaixo. Note que é possível, neste momento, obter a resistência equivalente entre os terminais através de simplificação de resistores. Figura 2.4: A resistência enxergada pelos terminais a e b pode ser determinada calculando-se a resistência equivalente, em relação aos mesmos terminais, do novo circuito com as fontes desligadas (a fonte de corrente substituída por um aberto e a fonte de tensão substituída por um curto). Os dois resistores de 50Ω encontram-se em paralelo, portanto podem ser substituídos por um resistor de 25Ω. Este, por sua vez, está em série com o resistor de 100Ω. Portanto: Ω= 125R eq O circuito equivalente de Thévenin calculado se encontra desenhado na figura 2.5. Nesse momento, para verificar seu efeito sobre o resistor R, precisamos reconectá-lo aos seus terminais de origem, ou seja, os terminais a e b. Como se pode observar, o circuito obtido é um circuito série, que é muito mais simples que o circuito original. + Vth - 4 Figura 2.5: Circuito equivalente de Thévenin visto pelos terminais a e b conectado ao resistor R. Pelo enunciado do problema, sabemos que a corrente que atravessa o resistor R é de 10mA. Como se trata de um circuito série, essa é a mesma corrente que circula nos demais elementos. Assim: ( ) eqtheqth Ri V RiRRV −=⇒⋅+=Ω=⇒−= 375R125 01,0 5 R Que é a resposta ao problema proposto. Uma grande vantagem que o Teorema de Thévenin oferece em relação à resolução através das Leis de Kirchhoff é a seguinte: o aluno descobre que na sua bancada de laboratório não existe resistor de 375Ω; o mais próximo é de 390Ω. Qual seria a corrente que percorreria o resistor nesse caso? No nosso caso, a resposta é imediata: ( ) mA71,9 125390 5 RR V iiRRV eq th eqth ≈ + = + =⇒⋅+= Se nosso método de resolução fosse a simples aplicação das equações de nós e malhas, provavelmente seria necessário refazer todo o problema desde o início. EXEMPLO 2.2: CIRCUITOS CONTENDO FONTES INDEPENDENTES, FONTES CONTROLADAS E RESISTORES Calcule o valor do resistor R, conectado aos terminais a e b do circuito abaixo, de forma que ele drene uma corrente de 1A. Figura 2.6: Exemplo 2.2 (circuitos contendo resistores e fontes independentes e controladas) 5 Esse problema se diferencia do anterior pois os métodos utilizados naquele exemplo podem não ser aplicáveis a circuitos contendo fontes controladas. Os principais cuidados que devem ser tomados com a aplicação do Teorema de Thévenin a circuitos contendo fontes controladas são: • A parte do circuito com relação à qual será aplicado o teorema, se possuir fontes controladas, também deverá conter os elementos controladores destas fontes. • Fontes controladas não podem ser desligadas como fontes independentes. No nosso problema, o elemento que controla a fonte controlada (a corrente iX) faz parte do circuito com relação ao qual vamos aplicar o teorema; portanto, a primeira observação acima está sendo satisfeita. Entretanto, como não podemos desligar a fonte controlada para calcular a resistência equivalente, precisaremos de uma nova forma de determiná-la. PASSO #1: Obter o valor da tensão Vth Mais uma vez, queremos determinar a tensão entre os terminais a e b quando eles estão em aberto. Assim, substituímos o resistor R por um circuito aberto, como mostra a figura 7 abaixo. Figura 2.7: Determinação da tensão em aberto entre a e b. Observe que os resistores de 5Ω e 10Ω estão em série, e a associação destes está em paralelo com o resistor de 15Ω. Logo, eles podem ser simplificados por uma resistência equivalente dada por: Ω= ++ ⋅+ = 5,7 15105 15)105( R 15,10,5 A corrente que circula na malha é a própria corrente iX, que é dada por: A6,1i 5,7 i520 i X X X =⇒ − = A corrente que circula pelo ramo inferior é, portanto, A8,0 2 i i X == A tensão no nó a vale, portanto, V128,01020va =⋅−= Como o nó b está conectado ao terra, a tensão em aberto entre os nós a e b é dada por: 6 V12Vth = PASSO #2: Obter o valor da resistência Req Devido à presença da fonte controlada, não é possível calcular diretamente a resistência equivalente (isto é, através de simplificação de resistores). Por esta razão, apresentamos agora um método indireto de se calcular a resistência. A figura abaixo mostra o circuito equivalente de Thévenin de um circuito qualquer. Suponha que um curto-circuito foi realizado em seus terminais. Figura 2.8: Equivalente Thévenin de um circuito qualquer com relação aos terminais a e b, quando existe um curto-circuito entre os terminais. A corrente que percorre o circuito é dada por: eq th cc R V i = Portanto, temos: cc th eq i V R = (2.1) Ou seja: a resistência equivalente enxergada por um par de terminais pode ser calculada através da razão entre a tensão em aberto e a corrente de curto-circuito. Considere, portanto, o circuito em questão onde foi feito um curto-circuito entre os terminais a e b. O circuito pode ser redesenhado de acordo com a figura abaixo: Figura 2.9: Quando o resistor R da figura 2.6 é substituído por um curto-circuito, os nós a e b tornam-se um mesmo ponto e o circuito pode ser redesenhado de forma a facilitar a aplicação das Leis de Kirchhoff. Calculamos o valor das correntes que passam pelos resistores: 7 X X 5 10 i 5 i5 i A2 10 20 i == == 15 i520 i X15 − = O valor de iX pode ser calculado a partir de i15 (a corrente no resistor de 15Ω): 2i 15 i520 x X −= − A5,2iX = A corrente de curto-circuito (no circuito original) é a soma das correntes dos resistores de 5Ω e 10Ω: A5,42iiii X105cc =+=+= E a resistência equivalente é dada por: Ω≈== 67,2 5,4 12 i V R cc th eq O problema agora pode ser finalizado: para que o resistor R drene 1A, temos que: R67,2121 RR V i eq th +=⇒= + = Ω= 33,9R EXEMPLO 2.3: CIRCUITOS CONTENDO APENAS FONTES CONTROLADAS E RESISTORES (MÉTODO DO CASO GERAL) O único caso que resta analisar é o de circuitos que não contenham fontes independentes. Não existe nenhum método específico para esse caso, e por esse motivo devemos utilizar uma técnica que chamaremos de “caso geral” para determinação do circuito equivalente de Thévenin. Para explicar essa técnica, vamos examinar o circuito equivalente de Thévenin quando excitado por uma fonte de corrente entre os terminais a e b. Estamos interessados em saber qual a tensão que surgirá entre seus terminais. Figura 2.10: Método do caso geral para determinação do circuito equivalente de Thévenin. Vamos agora substituir o circuito por seu equivalente Thévenin. A figura acima mostra que o valor da tensão que surge em seus terminais, VO, é dado por: iRVV eqthO ⋅+= (2.2) 8 Em outras palavras: no circuito original (cujo equivalente Thévenin foi ilustrado na fig. 2.10), conecte entre os terminais de interesse uma fonte de corrente de valor i. Em seguida, calcule o valor de VO que surgirá nos terminais dessa fonte e compare com a expressão acima. O termo independente de i será o valor da tensão de Thévenin e o valor que aparece multiplicando i será a resistência equivalente. Vamos utilizar este método no seguinte problema: Determine o circuito equivalente de Thévenin com relação aos terminais a e b do circuito abaixo. Figura 2.11: Exemplo 2.3 (circuito contendo resistores e fontes controladas) Conectando uma fonte de corrente de valor i aos terminais a e b, verificamos que a tensão que surgirá em seus terminais é a própria tensão nos terminais do resistor de 10Ω. Assim: ( ) 10 i ii9i10i10V XXXO =⇒−=⋅= Assim, temos: iVO = Comparando com a expressão 2.2, vemos que: V0Vth = Ω= 1R eq O circuito equivalente de Thévenin, para este caso, é dado apenas por um resistor. Isso acontecerá sempre que não houver fontes independentes no circuito. Éimportante que, a essa altura, o aluno já tenha concluído que circuitos equivalentes de Thévenin não contêm fontes controladas, mesmo que o circuito original as contenha. Além disso, o equivalente Thévenin é calculado sempre em relação a um dado par de terminais, ou seja, um mesmo circuito pode ter vários circuitos equivalentes de Thévenin diferentes, dependendo dos terminais escolhidos. III. O TEOREMA DE NORTON Anos depois da publicação dos trabalhos de Thévenin, em 1926, o engenheiro americano E. L. Norton propôs uma alternativa ao circuito equivalente de Thévenin, usando uma fonte de corrente e um resistor para obter um efeito equivalente sobre um dado par de terminais. Podemos enunciar o teorema da seguinte forma: Dado um circuito contendo resistores e fontes, o seu Circuito Equivalente de Norton com relação a um certo par de terminais é obtido substituindo-se o circuito original por uma fonte independente de corrente IN em paralelo com uma resistência Req. IN é o valor da corrente de curto-circuito entre os terminais e Req é o valor da resistência equivalente vista pelos terminais quando estes estão em aberto. 9 A figura abaixo ilustra o circuito equivalente de Norton. Figura 3.1: Teorema de Norton. Da mesma forma que o circuito equivalente de Thévenin, o circuito equivalente de Norton causa o mesmo efeito no elemento de circuito que o circuito complexo. Da mesma forma que ocorre no equivalente Thévenin, todo o problema de encontrar o circuito equivalente de Norton está no cálculo da resistência equivalente Req e da corrente de curto-circuito IN. Serão apresentados, a seguir, alguns métodos para calcular esses parâmetros, seguindo a mesma lógica utilizada na seção anterior. Para que o aluno possa verificar mais claramente as semelhanças e diferenças entre os procedimentos de determinação dos equivalentes Thévenin e Norton, os mesmos exemplos da seção anterior serão utilizados. É importante destacar que, por definição, o conceito de “resistência equivalente” do teorema de Norton é idêntico àquele do teorema de Thévenin. Portanto, podemos dizer que: A resistência equivalente Req do circuito equivalente de Norton é idêntica à resistência equivalente Req do circuito equivalente de Thévenin, sempre que ambos os teoremas sejam aplicados aos mesmos terminais de um mesmo circuito. EXEMPLO 3.1: CIRCUITOS CONTENDO FONTES INDEPENDENTES E RESISTORES Para o circuito ilustrado abaixo, determine o equivalente de Norton enxergado pela resistência R. Figura 3.2: Exemplo 3.1 (circuito contendo fontes independentes e resistores) Para aplicar o teorema de Norton, precisamos inicialmente identificar a parte do circuito que queremos substituir por um circuito mais simples. Como estamos interessados no efeito do circuito sobre o resistor R, vamos aplicar o teorema de Norton com relação aos terminais do próprio resistor R. Repetindo o procedimento utilizado para o equivalente Thévenin, vamos chamar esses terminais de a e b. Em seguida, retiramos R do circuito. 10 PASSO #1: Obter o valor da corrente IN De acordo com a definição do teorema de Norton, IN é a corrente de curto-circuito entre os terminais a e b. Portanto, o primeiro passo é substituir o resistor R por um curto, como ilustra a figura abaixo. Figura 3.3: Determinação da corrente de Norton. O resistor R foi substituído por um curto-circuito. Repare que a corrente que circula pelo curto-circuito criado é a mesma corrente que atravessa o resistor de 100Ω. Além disso, nesse novo circuito, os resistores de 100Ω e 50Ω (à direita) estão em paralelo. Podemos, portanto, simplificar esses resistores e calcular a tensão V sobre a resistência equivalente: Ω= + ⋅ = 3 100 50100 50100 R 100,10 Aplicando a Lei dos Nós no supernó que engloba os terminais da fonte de 8V, temos: V4V 50 8V 3 100 V m40 =⇒ − += A corrente de Norton vale, portanto, mA40 100 4 R V I 100,10 N === Note que a corrente de Norton possui polaridade positiva quando vai de a para b. PASSO #2: Obter o valor da resistência Req Conforme foi dito anteriomente, a resistência do circuito equivalente de Norton é a mesma do circuito equivalente de Thévenin. Para circuitos contendo apenas fontes independentes e resistores, essa resistência pode ser calculada desligando-se as fontes e associando os resistores, exatamente como foi feito para o teorema de Thévenin. Portanto, copiando o resultado do exemplo correspondente da seção anterior: Ω= 125R eq A figura abaixo mostra o equivalente de Norton do circuito. IN 11 Figura 3.4: Equivalente de Norton do exemplo 3.1 Observe que, quando IN é positiva, a seta da fonte de corrente aponta para cima (isto é, de a para b, quando os terminais estiverem em curto). Se um valor de IN negativo fosse encontrado, a fonte de corrente apontaria para baixo. EXEMPLO 3.2: CIRCUITOS CONTENDO FONTES INDEPENDENTES, FONTES CONTROLADAS E RESISTORES, UTILIZANDO O MÉTODO DO CASO GERAL Vamos agora refazer o exemplo 2.2 utilizando um método genérico, que funciona para qualquer circuito. O exemplo 2.3 não será refeito pois, como o circuito equivalente de Thévenin para este caso foi apenas uma resistência, o mesmo ocorrerá com o circuito de Norton. Suponha que vamos ensaiar um circuito ligando uma fonte de tensão entre seus terminais a e b. Estamos interessados em saber qual a corrente que será drenada da fonte conectada. Figura 3.5: Método do caso geral para determinação do circuito equivalente de Norton. Vamos agora substituir o circuito por seu equivalente Norton. A figura acima mostra que o valor da corrente que surge em seus terminais, IO, é dado por: N eq O IR v I −= (3.1) Em outras palavras: no circuito original, conecte entre os terminais de interesse uma fonte de tensão de valor v. Em seguida, calcule o valor de IO que surgirá nos terminais dessa fonte e compare com a expressão acima. O termo independente de v será o valor da corrente de Norton (com sinal trocado) e o valor que aparece multiplicando v será o inverso da resistência equivalente. Vamos utilizar este método no problema desejado: Calcule o equivalente de Norton do circuito abaixo com relação aos terminais a e b. 12 Figura 3.6: Exemplo 3.2 (usando método do caso geral) O primeiro passo é substituir o resistor R por uma fonte de tensão genérica de valor v. Obtemos, assim, o seguinte circuito: Figura 3.7: Substituindo o resistor R por uma fonte de tensão genérica de valor v. Aplicando a Lei de Kirchhoff dos Nós no nó a, obtemos: 0 10 v20 5 vi5 I XO = − + − + (I) O valor de iX pode ser encontrado aplicando-se mais uma vez a Lei dos Nósno nó c (vide figura 3.7): 15 i520 10 v20 i XX − + − = (II) Substituindo (II) em (I), obtemos: 2 9 40 v15 IO −= Comparando essa expressão com (3.1), temos que: 13 Ω≈= 67,2 15 40 R eq A5,4 2 9 IN == Veja que o valor encontrado para Req é igual ao encontrado no Exemplo 2.2. Isso é um indicador de que os métodos são equivalentes. Repare que, para esse problema, a utilização do método do caso geral para o equivalente de Norton é mais simples que a utilização do método específico mostrado para o equivalente Thévenin. Fica como exercício refazer o Exemplo 3.1 utilizando o método do caso geral. IV. FONTES EQUIVALENTES Para um dado circuito e um dado par de terminais, existe um único circuito equivalente de Thévenin e um único circuito equivalente de Norton. A pergunta que fica no ar é: existe alguma relação entre eles? A resposta é: SIM, existe uma relação. Para descobrirmos que relação é essa, basta aplicarmos o teorema de Thévenin em um circuito de Norton e em seguida aplicarmos o teorema de Norton em um circuito de Thévenin. Mostraremos que os resultados obtidos são coerentes e que, portanto, existe uma correspondência biunívoca entre circuitos equivalentes de Thévenin e Norton. Figura 4.1: (a) Circuito de Thévenin (b) Circuito de Norton A figura acima (a) mostra um circuito de Thévenin, ou seja, um circuito consistindo em apenas uma fonte de tensão em série com uma resistência. Queremos aplicar o Teorema de Norton nesse circuito, com relação aos terminais a e b. O primeiro passo é obter a corrente de Norton, IN. Para isso, curto-circuitamos os terminais a e b para obtermos a corrente de curto-circuito, dada por: th th N R V I = (4.1) Resta agora obter a resistência equivalente. Para isso, desligamos a fonte de tensão, ou seja, substituimo-la por um curto-circuito. A resistência enxergada pelos terminais a e b é: theq RR = (4.2) Vamos agora verificar se o processo contrário gera os mesmos resultados. A figura 4.1 (b) mostra um circuito de Norton, isto é, um circuito consistindo apenas em uma fonte de corrente em paralelo com um resistor. Queremos aplicar o Teorema de Thévenin nesse circuito, com relação aos terminais a e b. Inicialmente, calculamos a tensão de Thévenin, Vth, que é a tensão em aberto entre os terminais a e b. Como o único caminho para a corrente da fonte é passando pelo resistor RN, temos: NNth IRV ⋅= (4.3) 14 Para o cálculo da resistência equivalente, desligamos a fonte de corrente, ou seja, substituimo-la por um circuito aberto. A resistência enxergada pelos terminais a e b é: Neq RR = (4.4) Por definição, sabemos que a resistência equivalente calculada pelos teoremas de Thévenin e Norton é idêntica. Por essa razão, eqNth RRR == (4.5) Desta forma, as equações (4.1) e (4.3) tornam-se idênticas. Isso conclui a demonstração de que os equivalentes Thévenin e Norton são circuitos duais. Abaixo, encontra-se um resumo dos resultados obtidos: Para transformar um circuito de Thévenin em um circuito de Norton 1. A resistência equivalente do circuito de Norton é igual à resistência do circuito de Thévenin, ou seja, eqNth RRR == 2. A corrente de Norton é calculada da forma: eq th N R V I = Para transformar um circuito de Norton em um circuito de Thévenin 1. A resistência equivalente do circuito de Thévenin é igual à resistência do circuito de Norton, ou seja, eqNth RRR == 2. A tensão de Thévenin é calculada da forma: Neqth IRV ⋅= Esse resultado pode ser expresso da seguinte forma: uma fonte de tensão em série com um resistor pode ser substituída por uma fonte de corrente em paralelo com um resistor de mesmo valor (e vice- versa). Chamamos esse processo de Equivalência de Fontes. Podemos enunciar esse resultado também em outras palavras: se o equivalente Thévenin de um circuito é conhecido, então o equivalente de Norton também o é, e vice-versa. A equivalência de fontes é muito utilizada na resolução de circuitos elétricos. Para ilustrar o quanto ela pode simplificar um problema, vamos resolver mais uma vez o problema enunciado nos exemplos 2.1 e 3.1 utilizando este método. EXEMPLO 4.1 Para o circuito ilustrado abaixo, determine os equivalentes de Thévenin e Norton enxergados pela resistência R. Figura 4.2: Exemplo 4.1 (equivalência de fontes) 15 O procedimento inicial é o mesmo: retirar o resistor R do circuito, pois queremos avaliar o efeito do restante do circuito sobre ele. Observe que, à esquerda do circuito, existe uma fonte de corrente em paralelo com uma resistência. Vamos substitui-la por uma fonte de tensão em série com uma resistência, da seguinte forma: V2m4050IRV Nthth =⋅=⋅= Ω== 50RR Nth O resultado da substituição encontra-se na figura abaixo. Repare na polaridade da fonte de tensão do novo circuito. Figura 4.3: Aplicação do procedimento de equivalência de fontes. A fonte de corrente em paralelo com um resistor, à extrema esquerda da figura 4.2, foi substituída por uma fonte de tensão em série com um resistor. Nesse novo circuito, as fontes de 2V e 8V estão em série. Podemos, portanto, substitui-las por uma única fonte de 10V, como mostra a figura abaixo. Figura 4.4: Circuito da figura 4.3 após a associação em série das fontes de tensão Vamos agora transformar a fonte de 10V em série com o resistor de 50Ω por uma fonte de corrente em paralelo com um resistor: mA200 50 10 R V I th th N === Ω== 50RR thN A figura abaixo mostra os resultados: Figura 4.5: Aplicação da equivalência de fontes no circuito da figura 4.4 16 Repare que os dois resistores de 50Ω estão em paralelo. Associando-os, obtemos um único resistor de 25Ω. Esse resistor, juntamente com a fonte de corrente, podem ser transformados mais uma vez em uma fonte de tensão em série com um resistor: V5m20025IRV Nthth =⋅=⋅= Ω== 25RR Nth A figura abaixo mostra os resultados: Figura 4.6: Aplicação da equivalência de fontes no circuito da figura 4.5 após associar os resistores de 50 Ω em paralelo. Repare que o resistor de 100Ω está em série com a resistência de 25Ω. Assim, podemos associá-los para encontrarmos o resultado final: Ω= = 125R V5V eq th O equivalente Norton, por sua vez, será: mA40 125 5 R V I th th N === Ω== 125RR thN A figura abaixo mostra os resultados finais, idênticos aos obtidos nas figuras 2.5 e 3.4. Figura 4.7: Resultados finais É essencial que o aluno compreenda, nesse momento, que “obter o equivalente Thévenin” não é sinônimo de “primeiro, vamos desligar as fontes ... em seguida,calcular a tensão em aberto ...”. Existem várias formas de se obter o equivalente Thévenin (ou Norton) de um circuito. Com isso, encerramos o estudo dos circuitos resistivos. Mais adiante, quando estivermos estudando os conceitos de impedância e admitância, revisitaremos os equivalentes Thévenin e Norton para obtermos um caso mais geral que se aplica não apenas a circuitos resistivos, mas também a circuitos contendo capacitores e indutores.
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