Introdução aos Circuitos Elétricos, 9ª edição

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A nona edição de Introdução aos Circuitos Elétricos foi totalmente revista e atualizada com o objetivo de torná-la cada vez mais acessível e clara para os estudantes. Houve aumento substancial na qualidade da estrutura metodológica, com a inclusão de novos exemplos, mantendo, no entanto, a didática ímpar dos autores.
Os exemplos permitem ao estudante adquirir prática e desenvoltura nos assuntos abordados. Svoboda e Dorf entendem que a solução de problemas é a chave para a assimilação dos conteúdos, por isso têm como meta explorar e apresentar métodos diferentes de solucioná-los. Com o mesmo objetivo, apresentam equações, teoremas e suas demonstrações, proporcionando o desenvolvimento do pensamento crítico nos estudantes.

 

21 capítulos

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CAPÍTULO 1 - Variáveis dos Circuitos Elétricos

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CAPÍTULO 1

Variáveis dos

Circuitos

Elétricos

NESTE CAPÍTULO

1.1 Introdução

1.2 Circuito Elétrico e

Corrente Elétrica

1.3 Sistemas de

Unidades

1.4 Tensão

1.5 Potência e

Energia

1.6 Análise e Projeto de Circuitos

1.7 Como Podemos

Testar...?

1.8 EXEMPLO DE

PROJETO: Controlador do Motor de um Foguete

1.9 Resumo

Problemas

Problemas de Projeto

1.1 I n t r o d u ç ã o

Circuito é um conjunto de componentes elétricos ligados entre si. Os engenheiros usam circuitos elétricos para resolver problemas que são importantes para a sociedade moderna. Em particular:

1.

Circuitos elétricos são usados na geração, transmissão e consumo da energia elétrica.

2.

Circuitos elétricos são usados na codificação, decodificação, armazenamento, recuperação, transmissão e processamento da informação.

Neste capítulo, vamos fazer o seguinte: zz

 

CAPÍTULO 2 - Componentes dos Circuitos

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Componentes dos

Circuitos

CAPÍTULO 2

NESTE CAPÍTULO

2.1 Introdução

2.2 Modelos de Engenharia e

Modelos Lineares

2.3 Componentes Ativos e

Passivos

2.4 Resistores

2.5 Fontes Independentes

2.6 Voltímetros e

Amperímetros

2.7 Fontes Dependentes

2.8 Transdutores

2.9 Chaves

2.10 Como Podemos

Testar . . . ?

2.11 EXEMPLO DE

PROJETO: Sensor de

Temperatura

2.12 Resumo

Problemas

Problemas de Projeto

2.1 I n t r o d u ç ã o

Como era de se esperar, o comportamento de um circuito elétrico depende do comportamento dos componentes. Naturalmente, componentes de tipos diferentes se comportam de maneira diferente. As equações que descrevem o comportamento dos diversos tipos de componentes dos circuitos são chamadas de equações constitutivas. Frequentemente, as equações constitutivas descrevem uma relação entre a corrente e a tensão do componente. A lei de Ohm é um exemplo típico de equação constitutiva.

 

CAPÍTULO 3 - Circuitos Resistivos

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Circuitos

Resistivos

CAPÍTULO 3

NESTE CAPÍTULO

3.1 Introdução

3.2 Leis de Kirchhoff

3.3 Resistores em Série e

Divisão de Tensão

3.4 Resistores em Paralelo e

Divisão de Corrente

3.5 Fontes de Tensão em Série e Fontes

de Corrente em

Paralelo

3.6 Análise de Circuitos

3.7 Análise de Circuitos

Resistivos Usando o

Programa MATLAB

3.8 Como Podemos

Testar . . . ?

3.9 EXEMPLO DE

PROJETO: Fonte de

Tensão Ajustável

3.10 Resumo

Problemas

Problemas de Projeto

3.1 I n t r o d u ç ã o

Neste capítulo vamos fazer o seguinte: zz

Escrever equações usando das leis de Kirchhoff.

Como era de se esperar, o comportamento de um circuito elétrico é determinado tanto pelos tipos de componentes que o circuito possui como pela forma como estão ligados. As equações constitutivas descrevem o comportamento individual dos componentes e as leis de Kirchhoff descrevem o comportamento coletivo dos componentes quando são ligados entre si para formar o circuito.

 

CAPÍTULO 4 - Métodos de Análise de Circuitos Resistivos

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Métodos de

Análise de Circuitos

Resistivos

CAPÍTULO 4

NESTE CAPÍTULO

4.1 Introdução

4.2 Método das Tensões de Nó com Fontes de Corrente

Independentes

4.3 Método das Tensões de Nó com Fontes de Corrente e de Tensão Independentes

4.4 Método das Tensões de Nó com Fontes Dependentes

4.5 Método das Correntes de Malha com Fontes de

Tensão Independentes

4.6 Método das Correntes de Malha com Fontes

4.7

4.8

4.9

4.10

de Corrente e de Tensão

Independentes

Método das Correntes de Malha com Fontes

Dependentes

Comparação dos Métodos das Tensões de Nó e das

Correntes de Malha

Análise de Circuitos

Usando o MATLAB

Uso do PSpice para

Determinar Tensões de Nó e Correntes de Malha

4.11 Como Podemos

Testar . . . ?

4.12 EXEMPLO DE

PROJETO: Indicador do Ângulo de um

Potenciômetro

4.13 Resumo

Problemas

 

CAPÍTULO 5 - Teoremas dos Circuitos Elétricos

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CAPÍTULO 5

Teoremas dos Circuitos

Elétricos

NESTE CAPÍTULO

5.1

5.2

5.3

5.4

5.5

Introdução

Transformações de Fonte

Superposição

Teorema de Thévenin

Circuito Equivalente de

Norton

5.6 Transferência Máxima de

Potência

5.7 Uso do MATLAB para Obter o Circuito

Equivalente de Thévenin

5.8 Uso do PSpice para Obter o Circuito Equivalente de

Thévenin

5.9 Como Podemos

Testar . . . ?

5.10 EXEMPLO DE

PROJETO: Extensômetro

5.11 Resumo

Problemas

Problemas com o PSpice

Problemas de Projeto

5.1 I n t r o d u ç ã o

Neste capítulo vamos discutir cinco teoremas dos circuitos elétricos: zz

As transformações de fontes permitem substituir uma fonte de tensão com um resistor em série por uma fonte de corrente com um resistor em paralelo e vice-versa. Essas transformações não mudam as correntes e tensões nos outros componentes do circuito.

 

CAPÍTULO 6 - O Amplificador Operacional

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CAPÍTULO 6

O Amplificador

Operacional

NESTE CAPÍTULO

6.1 Introdução

6.2 O Amplificador

Operacional

6.3 O Amplificador

Operacional Ideal

6.4 Análise Nodal de Circuitos com Amplificadores

Operacionais Ideais

6.5 Projeto de Circuitos com Amplificadores

Operacionais

6.6 Circuitos com

Amplificadores

Operacionais e Equações

Algébricas Lineares

6.7 Características de

Amplificadores

Operacionais Reais

6.8 Análise de Circuitos com Amplificadores

Operacionais usando o

MATLAB

6.9 Uso do PSpice para

Analisar Circuitos com Amplificadores

Operacionais

6.10 Como Podemos

Testar . . . ?

6.11 EXEMPLO DE

PROJETO: Circuito de

Interface de um Transdutor

6.12 Resumo

Problemas

Problemas com o PSpice

Problemas de Projeto

6.1 I n t r o d u ç ã o

Neste capítulo é apresentado mais um componente dos circuitos, o amplificador operacional. Vamos aprender a analisar e projetar circuitos elétricos que contêm amplificadores operacionais. Em particular, vamos ver que: zz

 

CAPÍTULO 7 - Componentes que Armazenam Energia

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CAPÍTULO 7

Componentes que Armazenam

Energia

NESTE CAPÍTULO

7.1 Introdução

7.2 Capacitores

7.3 Armazenamento de

Energia em um

Capacitor

7.4 Capacitores em Série e em

Paralelo

7.5 Indutores

7.6 Armazenamento de

Energia em um Indutor

7.7 Indutores em Série e em

Paralelo

7.8 Circuitos de Comutação

7.9 Circuitos com

Amplificadores

Operacionais e

Equações Diferenciais

Lineares

7.10 Uso do MATLAB para

Plotar a Tensão e a

Corrente em Capacitores e

Indutores

7.11 Como Podemos

Testar . . . ?

7.12 EXEMPLO DE

PROJETO: Integrador e

Chave

7.13 Resumo

Problemas

Problemas de Projeto

7.1 I n t r o d u ç ã o

Neste capítulo são introduzidos mais dois componentes dos circuitos, o capacitor e o indutor. As relações constitutivas desses componentes envolvem integrais ou derivadas. Em consequência: zz

 

CAPÍTULO 8 - A Resposta Completa de Circuitos RL e RC

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CAPÍTULO 8

A Resposta

Completa de

Circuitos RL e RC

NESTE CAPÍTULO

8.1 Introdução

8.2 Circuitos de Primeira

Ordem

8.3 Resposta de um Circuito de Primeira Ordem a uma

Entrada Constante

8.4 Comutação Sequencial

8.5 Estabilidade de Circuitos de Primeira Ordem

8.6 Fontes do Tipo Degrau

8.7 Resposta de um Circuito de Primeira Ordem a uma

Fonte Variável

8.8 Operadores Diferenciais

8.9 Uso do Programa PSpice para Analisar Circuitos de

Primeira Ordem

8.10 Como Podemos

Testar . . . ?

8.11 EXEMPLO DE

PROJETO: Computador e Impressora

8.12 Resumo

Problemas

Problemas com o PSpice

Problemas de Projeto

8.1 I n t r o d u ç ã o

Neste capítulo, vamos estudar a resposta de circuitos RL e RC a variações bruscas. A variação brusca pode ser uma mudança no circuito, como a abertura ou fechamento de uma chave, ou uma mudança na entrada do circuito, como a aplicação de uma tensão que varia bruscamente.

 

CAPÍTULO 9 - Resposta Completa de Circuitos com Dois Elementos de Armazenamento de Energia

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CAPÍTULO 9

Resposta

Completa de Circuitos com Dois

Elementos de

Armazenamento de Energia

NESTE CAPÍTULO

9.1 Introdução

9.2 Equação Diferencial de Circuitos com Dois

Componentes que

Armazenam Energia

9.3 Solução de uma Equação

Diferencial de Segunda

Ordem: A Resposta

Natural

9.4 Resposta Natural de um

Circuito RLC Paralelo Não

Forçado

9.5 Resposta Natural de um

Circuito RLC Paralelo

Não Forçado Criticamente

Amortecido

9.6 Resposta Natural de um

Circuito RLC Paralelo Não

Forçado Subamortecido

9.7 Resposta Forçada de um

Circuito RLC

9.8 Resposta Completa de um

Circuito RLC

9.9 O Método das Variáveis de

Estado

9.10 Raízes no Plano Complexo

9.11 Como Podemos

Testar . . . ?

9.12 EXEMPLO DE

PROJETO: Ignitor de

Airbag

9.13 Resumo

Problemas

Problemas com o PSpice

 

CAPÍTULO 10 - Análise de Circuitos no Regime Estacionário Senoidal

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CAPÍTULO 10

Análise de

Circuitos no Regime

Estacionário

Senoidal

NESTE CAPÍTULO

10.1 Introdução

10.2 Tensões e Correntes

Senoidais

10.3 Fasores e Senoides

10.4 Impedâncias

10.5 Impedâncias em Série e em Paralelo

10.6 Equações de Nó e de

Malha

10.7 Circuitos Equivalentes de

Norton e de Thévenin

10.8 Superposição

10.9 Diagramas Fasoriais

10.10 Amplificadores

Operacionais em

Circuitos de CA

10.11 A Resposta Completa

10.12 Uso do MATLAB para

Analisar Circuitos de CA

10.13 Uso do PSpice para

Analisar Circuitos de CA

10.14 Como Podemos

Testar . . . ?

10.15 EXEMPLO DE

PROJETO: Circuito com um Amplificador

Operacional

10.16 Resumo

Problemas

Problemas com o PSpice

Problemas de Projeto

10.1 I n t r o d u ç ã o

Considere o experimento ilustrado na Figura 10.1-1, no qual um gerador de funções aplica uma tensão variável à entrada de um circuito linear e um osciloscópio mostra a saída do circuito linear. O circuito linear

 

CAPÍTULO 11 - Potência no Regime Estacionário Senoidal

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CAPÍTULO 11

Potência no Regime

Estacionário

Senoidal

NESTE CAPÍTULO

11.1 Introdução

11.2 Energia Elétrica

11.3 Potência Instantânea e

Potência Média

11.4 Valor Eficaz de uma

Forma de Onda Periódica

11.5 Potência Complexa

11.6 Fator de Potência

11.7 O Princípio de

Superposição de

Potências

11.8 O Teorema da

Transferência Máxima de Potência

11.9 Indutores Acoplados

11.10 O Transformador Ideal

11.11 Como Podemos

Testar . . . ?

11.12 EXEMPLO

DE PROJETO:

Transferência Máxima de Potência

11.13 Resumo

Problemas

Problemas com o PSpice

Problemas de Projeto

11.1 I n t r o d u ç ã o

Neste capítulo, vamos continuar nosso estudo dos circuitos de corrente alternada. Em particular, serão examinados os seguintes fatos: zz

A potência fornecida ou recebida por um componente de um circuito de corrente alternada pode ser calculada com mais facilidade se o circuito for representado no domínio da frequência.

 

CAPÍTULO 12 - Circuitos Trifásicos

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CAPÍTULO 12

Circuitos

Trifásicos

NESTE CAPÍTULO

12.1

12.2

12.3

12.4

Introdução

Tensões Trifásicas

O Circuito Y-Y

Fontes e Cargas Ligadas em ∆

12.5 O Circuito Y-∆

12.6 Circuitos Trifásicos

Equilibrados

12.7 Potência Instantânea e Potência Média para uma Carga Trifásica

Equilibrada

12.8 Medida de Potência

Usando o Método dos

Dois Wattímetros

12.9 Como Podemos

Testar . . .?

12.10 EXEMPLO DE

PROJETO: Correção do

Fator de Potência

12.11 Resumo

Problemas

Problemas com o PSpice

Problemas de Projeto

12.1 I n t r o d u ç ã o

Neste capítulo vamos começar a estudar os circuitos trifásicos. Esse tipo de circuito pode ser dividido em três partes: uma fonte trifásica, uma carga trifásica e uma linha de transmissão. A fonte trifásica pode ser formada por três fontes de tensão senoidais ligadas em Y ou por três fontes de tensão senoidais ligadas em ∆. Os componentes que constituem a carga também podem ser ligados para formar um Y ou um ∆. A linha de transmissão é usada para ligar a fonte à carga e pode ter três ou quatro fios. Os circuitos trifásicos recebem nomes diferentes dependendo do modo como a fonte e a carga estão ligados. O circuito da Figura

 

CAPÍTULO 13 - Resposta de Frequência

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CAPÍTULO 13

Resposta de

Frequência

NESTE CAPÍTULO

13.1 Introdução

13.2 Ganho, Deslocamento de Fase e Função de

Transferência

13.3 Gráficos de Bode

13.4 Circuitos Ressonantes

13.5 Resposta de

Frequência de

Circuitos com

Amplificadores

Operacionais

13.6 Plotagem de Gráficos de

Bode Usando o Programa

MATLAB

13.7 Uso do PSpice para

Plotar uma Resposta de

Frequência

13.8 Como Podemos

Testar . . . ?

13.9 EXEMPLO DE

PROJETO: Circuito de sintonia de um receptor de rádio

13.10 Resumo

Problemas

Problemas com o PSpice

Problemas de Projeto

13.1 I n t r o d u ç ã o

Considere o experimento da Figura 13.1-1. Um gerador de funções produz o sinal de entrada, ou a excitação, de um circuito linear e um osciloscópio mostra o sinal de saída, ou resposta, do circuito. O circuito linear é formado por resistores, capacitores, indutores e, talvez, fontes dependentes e/ou amplificadores operacionais. O gerador de funções é capaz de produzir vários tipos de sinais de entrada.

 

CAPÍTULO 14 - A Transformada de Laplace

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CAPÍTULO 14

A Transformada de Laplace

NESTE CAPÍTULO

14.1 Introdução

14.2 A Transformada de

Laplace

14.3 Transformadas de Laplace de Pulsos e Impulsos

14.4 A Transformada Inversa de Laplace

14.5 Teoremas do Valor Inicial e do Valor Final

14.6 Solução das

Equações Diferenciais

que Descrevem um

Circuito

14.7 Análise de Circuitos

Usando Impedâncias e

Condições Iniciais

14.8 Função de Transferência e

Impedância

14.9 Convolução

14.10 Estabilidade

14.11 Expansão em Frações

Parciais Usando o

MATLAB

14.12 Como Podemos

Testar. . . ?

14.13 EXEMPLO DE

PROJETO: Porta do

Compartimento de Carga do Ônibus Espacial

14.14 Resumo

Problemas

Problemas com o PSpice

Problemas de Projeto

14.1 I n t r o d u ç ã o zz

Nos Capítulos 1 a 6, discutimos os circuitos que não possuem capacitores e indutores. Aprendemos muita coisa a respeito desses circuitos, entre elas o fato de que podem ser representados por equações algébricas.

 

CAPÍTULO 15 - Série de Fourier e Transformada de Fourier

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Série de Fourier e Transformada de Fourier

CAPÍTULO 15

NESTE CAPÍTULO

15.1

15.2

15.3

15.4

Introdução

A Série de Fourier

Simetria da Função f (t)

Séries de Fourier de

Algumas Formas de Onda

15.5 Forma Exponencial da

Série de Fourier

15.6 O Espectro de Fourier

15.7 Circuitos e a Série de

Fourier

15.8 Uso do PSpice para

Determinar a Série de

Fourier

15.9 A Transformada de

Fourier

15.10 Propriedades da

Transformada de Fourier

15.11 O Espectro de um Sinal

15.12 Convolução e Resposta de um Circuito

15.13 A Transformada de

Fourier e a Transformada de Laplace

15.14 Como Podemos

Testar . . . ?

15.15 EXEMPLO DE

PROJETO Fonte de

Alimentação de CC

15.16 Resumo

Problemas

Problemas com o PSpice

Problemas de Projeto

15.1 I n t r o d u ç ã o

Neste capítulo são apresentadas a série de Fourier e a transformada de Fourier. A série de Fourier, que representa uma forma de onda periódica não senoidal como uma soma de formas de onda senoidais, pode ser útil de duas formas: zz

 

CAPÍTULO 16 - Filtros Elétricos

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CAPÍTULO 16

Filtros Elétricos

NESTE CAPÍTULO

16.1

16.2

16.3

16.4

Introdução

O Filtro Elétrico

Filtros

Filtros de Segunda

Ordem

16.5 Filtros de Ordem

Superior

16.6 Simulação de Filtros

Elétricos Usando o

PSpice

16.7 Como Podemos

Testar . . . ?

16.8 EXEMPLO DE

PROJETO:

Filtro

Antialiasing

16.9 Resumo

Problemas

Problemas com o PSpice

Problemas de Projeto

16.1 I n t r o d u ç ã o

Os circuitos lineares podem ser representados por funções de transferência. Em um capítulo anterior, aprendemos a analisar um circuito para determinar sua função de transferência. Neste capítulo, vamos aprender a projetar um circuito para que apresente uma função de transferência específica. Não existe uma solução única para esse problema de projeto; vários circuitos podem ser representados pela mesma função de transferência. Uma estratégia muito usada consiste em projetar o circuito como uma associação em cascata de filtros de segunda ordem. Essa é a estratégia que será adotada neste capítulo.

 

CAPÍTULO 17 - Circuitos de Duas Portas

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Circuitos de

Duas Portas

CAPÍTULO 17

NESTE CAPÍTULO

17.1 Introdução

17.2 A Transformação T-P e os Circuitos de Duas

Portas e Três Terminais

17.3 Equações de Circuitos de

Duas Portas

17.4 Parâmetros Z e Y de um

Circuito com Fontes

Dependentes

17.5 Parâmetros Híbridos e de

Transmissão

17.6 Relações entre os

Parâmetros dos Circuitos de Duas Portas

17.7 Interligação de Circuitos de Duas Portas

17.8 Como Podemos

Testar . . . ?

17.9 EXEMPLO DE

PROJETO: Amplificador

Transistorizado

17.10 Resumo

Problemas

Problemas de Projeto

17.1 I n t r o d u ç ã o

Muitos circuitos elétricos dispõem de apenas duas portas de acesso, ou seja, de apenas dois lugares onde sinais podem ser introduzidos ou onde sinais podem ser extraídos. Um cabo coaxial ligando o Rio de Janeiro a São Paulo, por exemplo, dispõe de duas portas, uma em cada cidade. Como, neste capítulo, nosso objetivo é analisar os circuitos do ponto de vista dos terminais, sem levar em conta a estrutura interna, eles serão descritos por meio de relações entre as tensões e correntes das portas.

 

APÊNDICE A - Introdução ao PSpice

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APÊNDICE A

Introdução ao

PSpice

A.1 O P S p i c e

O SPICE, um acrônimo de Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis, ou seja, Programa de

Simulação com Ênfase em Circuitos Integrados, é um programa de computador para análise numérica de circuitos elétricos. Criado no início da década de 1970 no campus de Berkeley da Universidade da Califórnia, é considerado o programa de simulação de circuitos mais usado no mundo (Perry, 1998). O PSpice

é uma versão do SPICE para computadores pessoais desenvolvida pela MicroSim Corporation em 1984

(Tuinenga, 88). O SPICE era um programa baseado em linhas de texto no qual os circuitos eram definidos usando apenas texto e os resultados na simulação eram mostrados na forma de texto. A MicroSim criou um pós-processador gráfico, o Probe, para plotar os resultados do SPICE. Mais tarde, criou também uma interface gráfica chamada Schematics para que os usuários pudessem descrever graficamente os circuitos.

 

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