Atividade Prática 5

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Universidade Federal Rural de Pernambuco
Unidade Acadêmica do Cabo de Santo Agostinho
Circuitos Elétricos 1 2020.7 – PLE 2
Prof. Italo Roger Ferreira Moreno Pinheiro da Silva
Aluno: Joana D'arc Barros de Lima
Data: 19/02/2021
Atividade prática 5 – Métodos de análise de circuitos e teoremas de rede
Preparação (em casa)
1. Na Figura 1, ilustra-se um circuito resistivo em ponte alimentado por uma fonte de tensão contínua 𝑣𝑠 = 15 V, em que 𝑅 =
220 Ω. Observe que os terminais a e b do circuito encontram-se em aberto, logo, não há circulação de corrente elétrica.
a) Determine o valor de resistência 𝑅𝑥 para 𝑣𝑎𝑏 = 0 V.
b) Determine o valor de resistência 𝑅𝑥 para 𝑣𝑎𝑏 = 3 V.
c) Determine o valor de resistência 𝑅𝑥 para 𝑣𝑎𝑏 = −6 V.
Figura 1. Circuito resistivo em ponte.
2. Pesquise sobre modelo linear de diodo e polarização de LED (diodo emissor de luz, do inglês light emitting diode). Responda
se este elemento de circuito é linear e passivo. Justifique sua resposta.
Passivo e não Linear. Pois o diodo de polarização LED consome potência do sistema para emitir luz, logo possui característica
passiva ao circuito e o gráfico da tensão em função da corrente não apresenta linearidade, típico de outros dispositivos
semicondutores, como transistores.
3. Responda qual utilidade de se conhecer o equivalente Thévenin-Norton de um circuito na prática.
Tanto o teorema de Thévenin quanto o teorema de Norton, tratam basicamente com o conceito de circuitos equivalentes, com
valores de corrente, tensão e resistência equivalentes ao circuito original. Usamos estes teoremas quando vamos realizar a
análise de um ponto específico do circuito. E, para isso, os valores de tensão, corrente e resistência que importam são
justamente os valores que chegam neste ponto, independente da complexidade do circuito.
4. Obtenha o equivalente Thévenin do circuito da Figura 2 do ponto de vista dos terminais a e b. Determine os valores de 𝑉𝑡ℎe
𝑅𝑡ℎ, e, em seguida, calcule o máximo valor de potência transferida para a carga 𝑅𝐿. Considere 𝑣𝑠1 = 15 V, 𝑖𝑠2 = 10 mA, 𝑅1 = 1,5
kΩ, 𝑅2 = 4,7 kΩ e 𝑅3 = 2,0 kΩ.
Figura 2. Circuito resistivo alimentado por uma fonte de tensão e uma fonte de corrente.
Simulação
1. Monte o circuito da Figura 1 no ambiente de simulação PSIM, utilizando os parâmetros da preparação
considerando o valor 𝑅𝑥 obtido no item 1b. Em seguida, conecte um LED, que se encontra em
“Elements/Power/Switches” Considere 𝑣𝑠 = 20𝑡 (função rampa), em que 𝑡 denota o tempo de simulação,
ajuste a simulação para um tempo total de 1 s e um passo de cálculo de 100 µs e, em seguida, execute-a e
observe as formas de onda no SIMVIEW.
a) Determine os valores de tensão 𝑣𝑎𝑏 e de corrente 𝑖𝑑.
𝑣𝑎𝑏 𝑖𝑑
5.58536e-002 5.58536e-009
1.48943e-001 1.48943e-008
2.38929e-001 2.38929e-008
3.90975e-001 3.90975e-008
6.39213e-001 6.39213e-008
8.34701e-001 8.34701e-008
9.58820e-001 9.58820e-008
1.00087e+000 8.71901e-004
1.00243e+000 2.43216e-003
1.00347e+000 3.46650e-003
1.00520e+000 5.20207e-003
1.00655e+000 6.55196e-003
1.00773e+000 7.72654e-003
1.00895e+000 8.95371e-003
1.01009e+000 1.00932e-002
1.01143e+000 1.14256e-002
1.01239e+000 1.23898e-002
1.01390e+000 1.38975e-002
1.01528e+000 1.52824e-002
1.01637e+000 1.63693e-002
1.01683e+000 1.68252e-002
b) Plote as curvas de 𝑖𝑑 versus 𝑣𝑎𝑏 e explique se o LED é linear e passivo.
Figura 2. Circuito resistivo em ponte, em que, nos terminais
a e b, há conectado um LED diretamente polarizado
Figura 3. Circuito construído no simulador PSIM como o
proposto.
Figura 4. Gráficos da corrente e tensão no diodo (Id e Vd) e tensão na fonte (Vs), plotados pelo PSIM.
Podemos ver que o diodo se comporta como um elemento que consome potência do circuito, ou
seja, um elemento PASSIVO, o que faz muito sentido. Já que o diodo converte parte da corrente em
pacotes de energia (fótons) para emitir ondas de luz.
Na etapa anterior, sem a presença do diodo, calculamos que a tensão entre os pontos a e b do
circuito era de aproximadamente 3 volts. Após a colocação do diodo no circuito, parte da corrente começa
a circular entre os pontos a e b, alimentando o diodo, que por sua vez, consome essa quantidade de
energia para gerar luz.
Figura 5. Gráficos de Vd versus Id plotado com os pontos da tabela 1 com o auxílio do Octave.
2. Monte o circuito equivalente Thévenin da Figura 2 no PSIM considerando os valores de 𝑉𝑡ℎ e 𝑅𝑡ℎ
obtidos na preparação. Utilize as pontas de prova de tensão, corrente e potência para medir os valores de
tensão 𝑣𝐿, corrente 𝑖𝐿 e potência 𝑝𝐿 na carga para os valores de 𝑅𝐿 descritos na tabela abaixo. Ajuste a
simulação para um tempo total de 1 s e um passo de cálculo de 100 µs e, em seguida, execute-a e observe
as formas de onda no SIMVIEW.
Dica: para medir potência instantânea, utilize o “Wattmeter/kWh Meter” que se encontra em
“Elements/Other/Probes”, e, para simular diversos valores de 𝑅𝐿 em uma única vez, utilize a ferramenta
“Parameter Sweep” que se encontra em “Elements/Other”.
𝑹𝑳 𝒗𝑳(𝐕) 𝒊𝑳(𝐦𝐀) 𝒑𝑳(𝐖) 𝑹𝑳 𝒗𝑳(𝐕) 𝒊𝑳(𝐦𝐀) 𝒑𝑳(𝐖)
0 Ω 4.83995e-008 4.83995e-003
2342511.6002
5
1,5 kΩ 3.64442e+000 2.42961e-003 0.0088545192
762
300 Ω 1.21159e+000 4.03863e-003 0.0048931637
21700001
1,8 kΩ 3.97717e+000 2.20954e-003 0.0087877162
01800001
600 Ω 2.07898e+000
3.46496e-003
0.0072035825
408
2,1 kΩ 4.25465e+000
2.02602e-003 0.0086200059
93
900 Ω 2.73060e+000 3.03400e-003 0.0082846404 2,4 kΩ 4.48957e+000
1.87065e-003
0.0083984141
20499999
1,2 kΩ 3.23805e+000 2.69838e-003
0.0087374893
59
2,7 kΩ 4.69103e+000
1.73742e-003
0.0081502893
42599999
3,0 kΩ 4.86569e+000 1.62190e-003 0.0078916626
11
Gráficos de todos os valores de RL descritos na tabela em ordem crescente.
3. Sabendo que a eficiência de um circuito é dada pela razão entre a potência de saída e a potência de
entrada, i.e., 𝜂 = 𝑃sai/𝑃ent, determine a eficiência do circuito em questão considerando a) 𝑅𝐿 = 𝑅𝑡ℎ e b) 𝑅𝐿 =
3 kΩ. Compare os resultados e justifique sua resposta.
Quando o valor da carga é maior do que Rth, e por sua vez, maior é a potência dissipada na carga,
diminuindo por sua vez sua eficiência. Já, quando o valor da carga é menor que Rth menos potência é
dissipada na carga, aumentando a sua eficiência.