Circuitos DC | 5+ Métodos importantes de análise

Pontos de discussão : Circuitos DC

1. Introdução aos Circuitos DC
2. Leis de Kirchhoff
3. Lei Atual de Kirchhoff (KCL)
4. Lei de tensão de Kirchhoff (KVL)
5. Método de tensão do nó
6. Método de malha atual
7. Método de Loop Atual
8. Algumas perguntas importantes relacionadas aos circuitos DC

Introdução aos Circuitos DC

DC significa Corrente Contínua. Se a fase da fonte de energia não mudar com o tempo, o circuito será chamado de Circuitos CC. As fontes primárias de energia para circuitos CC são baterias ou fornecedores de energia estáveis ​​semelhantes. Eles têm uma faixa de 5 Volts a 24 Volts. Vendo o símbolo de energia de um circuito, pode-se entender se é Circuito AC ou circuitos CC. Os símbolos são dados abaixo.

Leis de Kirchhoff

Gustav Robert Kirchhoff foi um eminente físico de origem alemã. Sua pesquisa relacionada a circuitos elétricos nos deu duas leis primárias, mas as mais críticas para a análise de circuitos. Essas leis são normalmente conhecidas como leis de Kirchhoff. Ele havia criado leis para corrente e tensão. São conhecidas popularmente como – Lei das Correntes de Kirchhoff e Lei das Tensões de Kirchhoff. Essas leis são regras fundamentais para DC circuitos análise.

Antes de estudar as leis de Kirchhoff, deve-se ter propriedades básicas de circuito de nós, junções, loops, malha, ramos, etc. Algumas definições são fornecidas abaixo; por favor, verifique o artigo de análise de circuito para mais terminologias primárias.

• Nó / Junções: O nó ou junção em um circuito é conhecido como o ponto de conexão de dois ou mais componentes.
• Ciclo: Um loop em um circuito é definido como um caminho fechado começando de um nó específico, viajando por qualquer parte do circuito e termina naquele ponto específico. Há um ponto a ser lembrado que o caminho pode percorrer qualquer parte do circuito apenas uma vez. Um loop pode incluir ou se sobrepor a qualquer outro loop do circuito.
• Malha: A malha pode ser considerada o menor loop possível em um circuito que não tem sobreposição e não inclui nenhum outro loop dentro dele.
• A Lei Atual de Kirchhoff é freqüentemente interpretada como a Primeira Lei de Kirchhoff ou a Lei de Cruzamento de Kirchhoff. Ele lida com as equações atuais de um nó ou junção.
• A lei de tensão de Kirchhoff é freqüentemente interpretada como a segunda lei de Kirchhoff ou a lei de loop de Kirchhoff. Ele lida com as equações de tensão de um loop.

Lei Atual de Kirchhoff (KCL)

“A lei atual de Kirchhoff afirma que a soma da corrente de entrada para um nó é igual à soma da corrente de saída do nó.”

Matematicamente, pode ser definido como a seguinte equação.

∑eu_in = ∑ eu_Fora

Pela imagem acima, podemos observar que as correntes I₁ e eu₄ estão chegando ao nó enquanto eu₂ e eu₃ são correntes de saída. Portanto, podemos escrever de acordo com a Lei Atual de Kirchhoff que -

I₁ + I₄ = Eu₂ + I₃

Ou eu₁ + I₄ - eu₂ - eu₃ = 0

Verificação de conceito: Qual será o valor atual para o ramo I₅? Desde que eu₁= 2 mA, eu₂= 1 mA, eu₃= 4 mA, eu₄= 1 mA e I₆= 2mA.

Alternativa? Para resolver este tipo de problema de Circuitos DC, primeiro descubra o nó desejado. Em seguida, separe os componentes atuais de entrada e saída. Em seguida, aplique a lei atual de Kirchhoff e descubra a solução.

As correntes de entrada são eu₁, I₃, I₄.

As correntes de saída são eu₂, I₅, I₆.

O componente que falta é eu₅, que é de saída.

Agora, da KCL, sabemos que –∑I_in = ∑ eu_Fora

Então, podemos escrever -

I₁ + I₃ + I₄ = Eu₂ + I₅ + I₆

Ou eu₅ = Eu₁ + I₃ + I₄ - eu₂ - eu₆

Ou eu₅ = 2 mA + 4 mA + 1 mA - 1 mA - 2 mA

Ou eu₅ = 4mA

Lei de tensão de Kirchhoff (KVL)

de Kirchhoff A lei da tensão afirma que a tensão em torno de um loop do circuito é igual a zero, e a soma algébrica da queda de tensão em cada ramo nesse loop é igual a zero também.

Matematicamente, pode ser definido como a seguinte equação.

∑ V_n = 0

V_n representa a tensão em torno de n elementos ou ramificação do loop.

Pela imagem acima, podemos escrever isso,

V_AB + V_BC + V_CD + V_DA = 0

A lei de tensão de Kirchhoff tem poucas características. Alguns deles são -

• Ao analisar um circuito, se você iniciar seu caminho com um nó, não incluir nenhum outro loop em seu caminho e terminar seu caminho no mesmo nó, a soma da voltagem por meio desse caminho será zero.
• O caminho pode ser em qualquer direção; o caminho no sentido horário ou anti-horário não afeta a lei de tensão de Kirchhoff.
• Um circuito complexo típico pode ter muitos loops. KVL é válido para todo e qualquer loop possível do circuito.

Método de tensão do nó

O nodo Voltagem é outro método útil para a análise do circuito DC. É derivado da lei atual de Kirchhoff. SPICE – um software simulador contém este método. Na verdade, este método é mais confortável para implementar e analisar todo o circuito. O uso do método nos ajuda a nos livrar da lei de Kirchhoff das tensões, se quisermos.

• Tensão do nó: A tensão do nó é um conceito necessário para o método da tensão do nó. Isso pode ser definido como a diferença potencial entre dois nós.

Passos a seguir: O método de tensão do nó pode ser aplicado aos circuitos CC seguindo as etapas mencionadas abaixo.

• Selecione um nó de referência. Na maioria dos casos, o nó de aterramento é eleito.
• Nomeie todos os outros nós do circuito.
• Comece com os nós, o que parece ser fácil. O nó da fonte de energia (de preferência fonte de tensão) conectado ao nó de referência seria mais confortável.
• Agora aplique a lei atual de Kirchhoff para cada nó. Além disso, faça os cálculos da lei de hm.
• Descubra as soluções para todas as tensões de nó.
• Descubra qualquer corrente do circuito com a ajuda da lei de Ohm.

Método de malha atual

O método de corrente em malha é outro método eficiente para análise de circuito CC. É derivado da Lei da Tensão de Kirchhoff e um novo método denominado “Método de corrente de loop” é derivado deste método. Ele tem uma vantagem adicional sobre outros métodos de análise de circuito, pois não requer a resolução de um número 2E de equações de circuito (E significa o número de elementos do circuito). O estudo deste método requer um nível adequado de compreensão do conceito de loops e malhas.

• Corrente de loop: A corrente de loop é um conceito necessário para este método. É definida como a corrente em qualquer loop ou malha do circuito.
• Princípio de superposição: Superposição significa adição geral. Aqui, o princípio de superposição afirma que as correntes de loop podem ser somadas para obter o elemento de corrente real.
• Linearidade: as características de linearidade ajudam a usar o princípio de superposição. Linearidade é multiplicar a tensão por uma constante e obter a corrente como constante o produto multiplicado.

Passos a seguir: O método da corrente de malha pode ser aplicado seguindo as etapas mencionadas abaixo.

• Marque as malhas (conhecidas como janelas abertas do circuito).
• Escolha uma direção de corrente constante específica (no sentido horário ou anti-horário), que deve ser aplicada a cada malha. Além disso, forneça variáveis ​​atuais para cada malha.
• Aplique a lei de tensão de Kirchhoff para cada malha e anote as equações.
• Calcule o sistema resultante para todas as equações da malha.
• Usando a lei de Ohm, descubra os componentes de corrente e tensão desejados.

Método de loop atual

Podemos dizer que o método Loop current é uma versão atualizada do método Mesh Current. Este método é popular e útil para circuitos não planos.

Passos a seguir: O método de corrente de loop pode ser usado para analisar circuitos CC usando as etapas mencionadas abaixo.

• Marque as malhas (conhecido como uma janela aberta do circuito). Além disso, identifique os loops.
• Escolha uma direção de corrente constante específica (no sentido horário ou anti-horário), que deve ser aplicada a cada malha. Além disso, forneça as variáveis ​​atuais para cada malha ou loops.
• Calcule o sistema resultante para todas as equações de malha e corrente de loop.
• Usando a lei de Ohm, descubra a tensão desejada e o componente de corrente.  

Algumas questões importantes relacionadas aos circuitos DC

1. Qual é a ideia principal por trás da lei atual de Kirchhoff?

Responda: TA ideia principal por trás da lei atual de Kirchhoff é a teoria de que as cargas não podem ser acumuladas em um ponto.

2. Escreva algumas limitações das leis de Kirchhoff.

Responda: As duas leis de Kirchhoff têm algumas limitações. Eles estão listados abaixo.

• A lei atual de Kirchhoff pressupõe que condutores e fios sejam os únicos meios para o fluxo de corrente. Na realidade, em circuitos de alta frequência, podemos observar o fluxo de corrente em circuitos abertos, pois os condutores padrão funcionam como linhas de transmissão.

• A lei de tensão de Kirchhoff pressupõe que todo circuito fechado do circuito estará livre do efeito do campo magnético, mais especificamente, do campo magnético flutuante. Mas, nos circuitos de alta frequência, essa condição não é satisfeita.

3. A análise nodal é baseada na lei da conservação de energia - diga se a sentença dada é verdadeira ou falsa.

Responda: Falso. A análise nodal é baseada na lei atual de Kirchhoff, e também a primeira lei de Kirchhoff apóia a conservação de cargas, não de energia.

4. Qual é o efeito na corrente do circuito se as fontes de energia estiverem conectadas em paralelo?

Responda: A corrente de todo o circuito é aumentada.

Sudipta Roy

Olá, meu nome é Sudipta Roy. Eu fiz B. Tecnologia em Eletrônica. Sou um entusiasta da eletrônica e atualmente me dedico à área de Eletrônica e Comunicações. Tenho grande interesse em explorar tecnologias modernas, como IA e aprendizado de máquina. Meus escritos são dedicados a fornecer dados precisos e atualizados a todos os alunos. Ajudar alguém a adquirir conhecimento me dá imenso prazer.
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