Preparação para o exame FE Electrical and Computer: pacote de revisão

Formulários, as principais etapas dos métodos de cada tópico e 40 exercícios, com soluções completas no final.

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1Fórmulas e métodos

Resistores em série e paralelo

Resistências em série
Req = R1 + R2 + …
Resistências em paralelo
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Dois em paralelo
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Lei de Ohm
V = I·R
Potência
P = V·I = I²R = V²/R

Método

  1. Comece pela extremidade da rede mais distante dos terminais.
  2. Combine resistores em série somando-os, e resistores em paralelo com 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Redesenhe o circuito após cada passo.
  4. Repita até sobrar um único resistor entre os terminais.

Análise nodal

Lei das correntes de Kirchhoff
ΣIin = ΣIout
Corrente de ramo
I = (Va − Vb)/R
Nó de referência
Vground = 0

Método

  1. Escolha um nó de referência (terra) e nomeie as tensões dos outros nós.
  2. Escreva a lei das correntes de Kirchhoff em cada nó desconhecido: as correntes que saem por cada ramo são iguais às correntes que entram.
  3. Expresse cada corrente de ramo como (Va − Vb)/R.
  4. Resolva o sistema de equações e depois encontre qualquer corrente de que precisar.

Análise de malhas

Lei das tensões de Kirchhoff
ΣV = 0 em cada malha
Resistor compartilhado
corrente = I1 − I2
Fonte de corrente em uma malha
fixa essa corrente de malha

Método

  1. Desenhe uma corrente no sentido horário em cada malha (janela) do circuito.
  2. Aplique a lei das tensões de Kirchhoff em cada malha: a soma das quedas de tensão é zero.
  3. Em um resistor compartilhado por duas malhas, a corrente é a diferença entre as duas correntes de malha.
  4. Resolva as equações; um resultado negativo significa que a corrente circula no sentido oposto.

Superposição

Superposição
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
Fonte de tensão desligada
curto-circuito (0 V)
Fonte de corrente desligada
circuito aberto (0 A)
Divisor de tensão
V2 = V·R2/(R1 + R2)
Divisor de corrente
I1 = I·R2/(R1 + R2)

Método

  1. Conte as fontes independentes. Você vai resolver um circuito mais simples por fonte.
  2. Mantenha uma fonte e desligue as outras: uma fonte de tensão vira um curto-circuito (um fio), uma fonte de corrente vira um circuito aberto (uma interrupção).
  3. Resolva o circuito mais simples para a tensão ou corrente de que você precisa, prestando atenção ao seu sentido.
  4. Repita para cada fonte e depois some as contribuições com seus sinais.

Thévenin e Norton

Tensão de Thévenin
Vth = Vopen circuit
Resistência de Thévenin
Rth: todas as fontes desligadas, vista de a–b
Corrente de Norton
IN = Vth/Rth
Corrente na carga
IL = Vth/(Rth + RL)
Máxima transferência de potência
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Método

  1. Retire a carga e marque os dois terminais a e b.
  2. Encontre a tensão de circuito aberto entre a e b: essa é Vth.
  3. Desligue todas as fontes independentes e encontre a resistência vista de a–b: essa é Rth.
  4. Recoloque a carga no circuito equivalente: Vth em série com Rth.
  5. Para o equivalente de Norton, converta: IN = Vth/Rth, com RN = Rth em paralelo.

Transitórios RC e RL

Constante de tempo
τ = RC | τ = L/R
Resposta
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Capacitor em CC
circuito aberto; vC não pode saltar
Indutor em CC
curto-circuito; iL não pode saltar
Regime permanente
t ≈ 5τ

Método

  1. Encontre o valor inicial logo após a comutação: a tensão em um capacitor e a corrente em um indutor não podem saltar.
  2. Encontre o valor final muito tempo depois da comutação: um capacitor se comporta como circuito aberto e um indutor como curto-circuito.
  3. Encontre a constante de tempo: τ = RC ou τ = L/R, usando a resistência vista pelo capacitor ou indutor.
  4. Use x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

Impedância CA e fasores

Impedâncias
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
Frequência angular
ω = 2πf
Módulo e ângulo
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Lei de Ohm fasorial
V = I·Z

Método

  1. Converta a frequência: ω = 2πf.
  2. Encontre cada reatância: XL = ωL e XC = 1/(ωC).
  3. Some as impedâncias como resistores, com Z = R + jX.
  4. Encontre o módulo |Z| = √(R² + X²) e o ângulo φ = atan(X/R), e depois use a lei de Ohm com fasores.

Potência CA e fator de potência

Potência ativa
P = V·I·cos φ
Potência reativa
Q = V·I·sin φ
Potência aparente
S = V·I = √(P² + Q²)
Fator de potência
pf = cos φ = P/S
Capacitor de correção
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

Potência trifásica

Ligação em Y
VL = √3·Vph, IL = Iph
Ligação em Δ
VL = Vph, IL = √3·Iph
Potência ativa total
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Potência aparente e reativa
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Capacitores de correção
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Tensão sobre cada capacitor
Δ: VL Y: VL/√3
Potência de entrada do motor
Pin = Pout/η

Transformadores

Relação de espiras
a = N1/N2 = V1/V2
Relação de correntes
I1/I2 = N2/N1 = 1/a
Corrente nominal
I = S/V
Impedância referida
Z1′ = a²·ZL
Perdas no cobre com carga parcial
Pcu = x²·Pcu,fl
Rendimento
η = x·S·pf/(x·S·pf + Pcore + x²·Pcu,fl)
Rendimento máximo
x = √(Pcore/Pcu,fl)

Circuitos com amplificadores operacionais

Amplificador inversor
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Amplificador não inversor
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Amplificador somador
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Amplificador operacional ideal
V+ = V−, Iin = 0

Diodos e transistores

Diodo (queda constante)
VD = 0,7 V when conducting
Região ativa
VBE = 0,7 V, IC = β·IB, IE = (β + 1)·IB
Polarização fixa
IB = (VCC − 0,7)/RB
Polarização por divisor de tensão
IB = (VTH − 0,7)/(RTH + (β + 1)RE)
Thévenin do divisor
VTH = VCC·R2/(R1 + R2), RTH = R1∥R2
Malha do coletor
VCE = VCC − ICRC − IERE
Saturação
IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC, IB ≥ IC(sat)/β

Sistemas de numeração

Pesos das posições
binário 2k, octal 8k, hexadecimal 16k
Para decimal
Σ dk·bk
A partir de decimal
divida pela base e leia os restos de baixo para cima
Hexadecimal ↔ binário
um dígito hexadecimal = 4 bits
Complemento para dois
inverta os bits e some 1

Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops

Portas básicas
A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
Regras booleanas
X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
De Morgan
(X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
Ordem do mapa de Karnaugh
00, 01, 11, 10 (Gray code)
Grupo de 2ᵏ células
perde k variáveis
Multiplexador 4-para-1
F = A′B′I0 + A′BI1 + AB′I2 + ABI3
Flip-flops
D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
Contadores
n bits: 2ⁿ estados; mod-N: menor n com 2ⁿ ≥ N; fout = fclk/N
Contador assíncrono (ripple)
fmax = 1/(n·tpd)
Contadores em anel e Johnson
n e 2n estados

Método

  1. Para um circuito, trabalhe das entradas até a saída, uma porta de cada vez, e escreva o valor em cada fio, ou escreva a sua expressão e preencha a tabela-verdade.
  2. Para simplificar, coloque os 1s (e as condições irrelevantes como X) num mapa de Karnaugh com linhas e colunas em código Gray: 00, 01, 11, 10.
  3. Cubra os 1s com o menor número possível de grupos, os maiores possíveis, de 1, 2, 4, 8 ou 16 células, dando a volta pelas bordas; cada grupo é um termo produto formado pelas variáveis que permanecem constantes. Agrupe os 0s para a forma POS.
  4. Para flip-flops e contadores, leia as entradas em cada borda ativa do clock, escreva o estado após cada borda e lembre-se de que um contador de n bits dá a volta após 2ⁿ estados.

Estabilidade: Routh–Hurwitz e lugar das raízes

Estabilidade
todas as raízes do polinômio característico no semiplano esquerdo
tabela de Routh, elemento de s¹ de um polinômio cúbico
b1 = (a2a1 − a3a0)/a2
Raízes no semiplano direito
número de trocas de sinal na primeira coluna
Cúbico s³ + a₂s² + a₁s + a₀
estável quando todos os a > 0 e a₂·a₁ > a₀
K/(s(s + a)(s + b))
Kmax = ab(a + b), ω = √(ab)
Equação característica
1 + K·G(s) = 0
Assíntotas
σa = (Σp − Σz)/(n − m), θ = (2q + 1)·180°/(n − m)
Pontos de saída e de chegada
dK/ds = 0
Condição de módulo
K = 1/|G(s)|
Ângulo de partida
θd = 180° − Σ∠(from other poles) + Σ∠(from zeros)

Método

  1. Escreva o polinômio característico de malha fechada: o denominador de 1 + K·G(s) = 0, desenvolvido.
  2. Coloque os coeficientes alternadamente nas duas primeiras linhas da tabela de Routh e construa as demais linhas.
  3. Conte as trocas de sinal na primeira coluna: cada uma é um polo no semiplano direito. Com K na tabela, exija que todos os elementos da primeira coluna permaneçam positivos.
  4. Para um lugar das raízes, marque os polos e zeros, os segmentos do eixo real, as assíntotas a partir do centroide e os pontos de ruptura onde dK/ds = 0. Use K = 1/|G(s)| para o ganho em um ponto.

Erro em regime permanente e controle PID

Tipo do sistema
número de polos de G(s) em s = 0
Constantes de erro
Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s), Ka = lim s²·G(s) (s → 0)
Degrau A
ess = A/(1 + Kp)
Rampa A·t
ess = A/Kv
Parábola A·t²/2
ess = A/Ka
Controlador PID
C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s
Alvo de segunda ordem
s² + 2ζωns + ωn²
Sobressinal e tempos
%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, ts ≈ 4/(ζωn)

Método

  1. Conte os polos da malha aberta C(s)·G(s) em s = 0: esse é o tipo do sistema.
  2. Calcule a constante de erro que corresponde à entrada: Kp para um degrau, Kv para uma rampa, Ka para uma parábola.
  3. Aplique ess = A/(1 + Kp), A/Kv ou A/Ka, ou resolva-a para o ganho de que você precisa.
  4. Para uma especificação de amortecimento ou velocidade, escreva o polinômio característico de malha fechada e compare-o com s² + 2ζω_n·s + ω_n².

2Exercícios

1.Resistores em série e paraleloMédia
R1​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​10 VR2​2 ΩAR4​2 ΩB

Encontre a resistência equivalente Req vista pela fonte V1.

V1 = 10 VR1 = 6 ΩR2 = 2 ΩR3 = 10 ΩR4 = 2 Ω
Req = Ω
2.Resistores em série e paraleloDifícil
R1​ = 15 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩIR2​AR4​20 ΩBR6​30 Ω

Encontre a corrente IR2 em R2.

V1 = 15 VR1 = 15 ΩR2 = 3 ΩR3 = 4 ΩR4 = 20 ΩR5 = 20 ΩR6 = 30 Ω
IR2 = A
3.Análise nodalMédia
R1​ = 2 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩAR4​10 ΩBIs​1,5 A

Use análise nodal para encontrar a tensão de nó VB (medida em relação ao terra).

V1 = 30 VIs = 1,5 AR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 2 ΩR4 = 10 Ω
VB = V
4.Análise nodalDifícil
R1​ = 4 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​30 VR3​12 ΩAR5​12 ΩBIs​3 A+−V2​15 V

Use análise nodal para encontrar a tensão de nó VB (medida em relação ao terra).

V1 = 30 VIs = 3 AV2 = 15 VR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 12 ΩR4 = 25 ΩR5 = 12 Ω
VB = V
5.Análise de malhasMédia
R1​ = 3 ΩR2​ = 12 Ω+−VR2​+−V1​12 VR3​4 ΩA+−V2​6 VI1​I2​

Use análise de malhas para encontrar a tensão VR2 sobre R2 com a polaridade indicada.

V1 = 12 VV2 = 6 VR1 = 3 ΩR2 = 12 ΩR3 = 4 Ω
VR2 = V
6.Análise de malhasDifícil
R1​ = 8 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​5 VR4​10 ΩAR5​5 ΩIR5​B+−V2​18 VI1​I2​I3​

Use análise de malhas para encontrar a corrente IR5 em R5 no sentido da seta.

V1 = 5 VV2 = 18 VR1 = 8 ΩR2 = 10 ΩR3 = 12 ΩR4 = 10 ΩR5 = 5 Ω
IR5 = A
7.SuperposiçãoMédia
circuito linearVs​Is​IRL​

Um circuito resistivo linear contém uma fonte de tensão Vs e uma fonte de corrente Is. A corrente I em um resistor de carga é medida duas vezes: com Vs = 15 V e Is = 6 mA, I = 4,5 mA; com Vs = 4 V e Is = 10 mA, I = 3,3 mA. Encontre a corrente de carga I quando Vs = 12 V e Is = 5 mA.

15 V, 6 mA → 4,5 mA4 V, 10 mA → 3,3 mAVs = 12 V, Is = 5 mA
I = mA
8.SuperposiçãoDifícil
R1​ = 2 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 6 Ω+−V1​30 VR3​2 ΩIR3​AIs​4 AB−+V2​5 V

Use superposição para encontrar a corrente IR3 em R3 no sentido da seta.

V1 = 30 VIs = 4 AV2 = 5 VR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 2 ΩR4 = 6 Ω
IR3 = A
9.Thévenin e NortonMédia
R1​ = 15 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​8 ΩAab

Encontre a corrente de Norton IN: a corrente que flui de a para b se os terminais forem curto-circuitados.

V1 = 24 VR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 6 Ω
IN = A
10.Thévenin e NortonDifícil
R1​ = 2 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​30 VR2​8 ΩAIs​2,5 ABRL​5 ΩIL​

Uma carga RL = 5 Ω é ligada entre a–b. Use um equivalente de Thévenin para encontrar a potência PL entregue à carga.

V1 = 30 VIs = 2,5 AR1 = 2 ΩR2 = 8 ΩR3 = 2 ΩRL = 5 Ω
PL = W
11.Transitórios RC e RLMédia
+−Vs​15 Vt = 0R = 100 ΩL100 mHi(t)

O indutor não conduz corrente antes de a chave fechar em t = 0. Encontre a corrente i em t = 1 ms.

Vs = 15 VR = 100 ΩL = 100 mHt = 1 ms
i = A
12.Transitórios RC e RLDifícil
+−Vs​15 VR1​ = 10 ΩR2​ = 22 Ωabre em t = 0L47 mHi(t)

A chave em paralelo com R2 está fechada há muito tempo, então a corrente do indutor é constante. Em t = 0 a chave abre. Quanto tempo após t = 0 a corrente do indutor atinge 0,881 A? Encontre t.

Vs = 15 VR1 = 10 ΩR2 = 22 ΩL = 47 mH
t = ms
13.Impedância CA e fasoresMédia
24 V100 HzR = 30 ΩL = 100 mHC = 22 µFI

Um circuito RLC série está ligado a uma fonte de 24 V (rms), 100 Hz. Encontre a potência ativa P absorvida da fonte.

V = 24 V (rms)f = 100 HzR = 30 ΩL = 100 mHC = 22 µF
P = W
14.Impedância CA e fasoresDifícil
10 V100 HzR = 20 ΩL = 20 mHC = 4,7 µF

Um circuito RLC série está ligado a uma fonte de 10 V (rms), 100 Hz. Encontre a frequência de ressonância f0 do circuito.

V = 10 V (rms)f = 100 HzR = 20 ΩL = 20 mHC = 4,7 µF
f0 = Hz
15.Potência CA e fator de potênciaMédia
240 V111 kW, 0,65214 kW, 1I

Duas cargas estão ligadas em paralelo a uma fonte monofásica de 240 V: uma carga de 11 kW com fator de potência 0,65 indutivo e um aquecedor de 14 kW (fator de potência unitário). Encontre o fator de potência global cos φ visto pela fonte.

V = 240 VP1 = 11 kW, pf1 = 0,65 indutivoP2 = 14 kW, pf2 = 1
cos φ =
16.Potência CA e fator de potênciaDifícil
P = 35 kWQ1​S1​φ1​QC​

Uma carga monofásica consome 35 kW com fator de potência 0,7 indutivo de uma fonte de 230 V, 60 Hz. Um capacitor ligado em paralelo eleva o fator de potência para 0,98. Encontre a nova corrente de linha Inew.

P = 35 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,98V = 230 Vf = 60 Hz
Inew = A
17.Potência trifásicaMédia
ABCVL​ = 480 VIL​ = 10 Acos φ = 0,95indutivo

Uma carga trifásica equilibrada consome uma corrente de linha de 10 A de uma alimentação com tensão de linha de 480 V. O fator de potência é 0,95 indutivo. Encontre a potência ativa total P consumida pela carga em kW.

VL = 480 VIL = 10 Acos φ = 0,95
P = kW
18.Potência trifásicaDifícil
P = 120 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Uma carga trifásica equilibrada consome 120 kW com fator de potência 0,72 indutivo de uma alimentação de 400 V (tensão de linha), 60 Hz. Um banco de capacitores trifásico em paralelo com a carga deve elevar o fator de potência total para 0,92 indutivo. A potência ativa permanece a mesma. Encontre a potência reativa total QC que o banco de capacitores deve fornecer, em kvar.

P = 120 kWpf1 = 0,72pf2 = 0,92VL = 400 Vf = 60 Hz
QC = kvar
19.TransformadoresMédia
5 Ω81

Um resistor de 5 Ω está ligado ao enrolamento secundário de um transformador ideal com relação de espiras N₁:N₂ = 8:1. Encontre a resistência R1′ vista a partir do enrolamento primário.

N1:N2 = 8:1RL = 5 Ω
R1′ = Ω
20.TransformadoresDifícil
pf 0,925 kVA, 75% carga

Um transformador monofásico de 25 kVA tem perdas no núcleo de 100 W e perdas no cobre de 150 W na carga nominal. Ele fornece 75% dos seus kVA nominais com fator de potência 0,9 indutivo. Encontre as perdas totais Ploss em watts nessa carga.

S = 25 kVAPcore = 100 WPcu,fl = 150 Wx = 0,75pf = 0,9
Ploss = W
21.Circuitos com amplificadores operacionaisMédia
−+Vout​R2​ = 47 kΩV1​ = 2,9 VR1​ = 100 kΩV2​ = −1,1 VR3​ = 100 kΩR4​ = 47 kΩ

O amplificador diferencial usa um amplificador operacional ideal alimentado com ±15 V, com R3 = R1 e R4 = R2. Encontre a tensão de saída Vout.

V1 = 2,9 VV2 = −1,1 VR1 = R3 = 100 kΩR2 = R4 = 47 kΩ
Vout = V
22.Circuitos com amplificadores operacionaisDifícil
−+Vout​C = 0,22 µFVin​ = 2,2 VR = 47 kΩ

O integrador usa um amplificador operacional ideal alimentado com ±15 V; sua saída satura em ±12 V. O capacitor está descarregado quando uma entrada constante Vin = 2,2 V é aplicada em t = 0. Encontre a tensão de saída Vout em t = 50 ms.

Vin = 2,2 VR = 47 kΩC = 0,22 µFVsat = ±12 Vt = 50 ms
Vout = V
23.Diodos e transistoresMédia
RC​ = 2,2 kΩβ = 75VCC​ = 9 VRB​ = 820 kΩ

Um transistor NPN com β = 75 é polarizado por um resistor de base RB = 820 kΩ a partir da alimentação VCC = 9 V. O resistor de coletor é RC = 2,2 kΩ e o emissor está aterrado. Considere VBE = 0,7 V e suponha que o transistor está na região ativa. Encontre a tensão coletor–emissor VCE.

VCC = 9 VRB = 820 kΩRC = 2,2 kΩβ = 75VBE = 0,7 V
VCE = V
24.Diodos e transistoresDifícil
+−≤ 26 V100 Ω5,6 V

Um regulador Zener de 5,6 V tem um resistor em série de 100 Ω. A entrada pode subir a 26 V, e a carga pode ser desconectada. Encontre a maior potência PZ,max que o Zener deve dissipar.

Vin,max = 26 VVZ = 5,6 VR = 100 Ω
PZ,max = mW
25.Sistemas de numeraçãoMédia
complemento para dois de 8 bits0−12806403201608040201

Defina os bits para armazenar −113 em complemento de dois de 8 bits. Lido como um número sem sinal, qual é o valor U do padrão?

N = −1138 bit
U =
26.Sistemas de numeraçãoDifícil
clique nos bits para defini-los012806403201608040201

Defina os bits com o resultado de 8 bits de 0010 0001 << 3. Qual é o valor R do resultado em decimal?

0010 0001<< 3
R =
27.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flopsMédia
ABCD000111100001111010110302140507061121131150141809011010

Use o mapa de Karnaugh para encontrar a forma mínima em produto de somas (POS) de F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 4, 8, 12, 13, 15). Quantos termos soma (fatores) N ela tem?

F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 4, 8, 12, 13, 15)
N =
28.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flopsDifícil
TQ0​Q0​TQ1​Q1​TQ2​Q2​TQ3​Q3​CLKMOD-11

Um contador mod-11 síncrono conta 0, 1, …, 10 e depois volta a 0. Ele começa em 7. Qual contagem Q (em decimal) ele mostra após 23 pulsos de clock?

Q0 = 723N = 11
Q =
29.Transformadas de LaplaceMédia
ReIm−2−4−6−8−10

F(s) = (3s + 27)/(s² + 9s + 14). Sua transformada inversa tem a forma f(t) = A·e−2t + B·e−7t. Encontre o coeficiente A por frações parciais.

F(s) = (3s + 27)/(s² + 9s + 14)
A =
30.Transformadas de LaplaceDifícil
t (s)y(t)t = 0,3y(0,3) = ?

Um sistema obedece a y″ + 7y′ + 12y = 6·u(t). Ele parte do repouso (y(0) = 0, y′(0) = 0) e a entrada é um degrau u(t) = 5 para t ≥ 0. Use a transformada de Laplace para encontrar a saída y(0,3).

y″ + 7y′ + 12y = 6·u(t)u(t) = 5y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,3 s
y(0.3) =
31.Diagramas de blocosMédia
R(s)+K(s + 7)(s + 12)G(s)C(s)−

A planta G(s) = K/((s + 7)(s + 12)) está em uma malha de realimentação negativa unitária. Encontre o ganho K para o qual a malha fechada é criticamente amortecida (dois polos reais iguais).

G(s) = K/((s + 7)(s + 12))realimentação negativa unitária
K =
32.Diagramas de blocosDifícil
R(s)+56s(s + 6)G(s)C(s)1H−

A planta G(s) = 56/(s(s + 6)) está em uma malha de realimentação negativa com ganho de sensor H = 1. Os polos de malha fechada são complexos. Encontre a parte imaginária deles ωd (o valor positivo), em rad/s.

G(s) = 56/(s(s + 6))H = 1
ωd = rad/s
33.Resposta ao degrauMédia
t (s)y(t)1tp​ = ?

Um sistema tem a função de transferência G(s) = 60/(s² + 9s + 60) e recebe uma entrada em degrau unitário. Encontre o tempo de pico tp da resposta ao degrau.

G(s) = 60/(s² + 9s + 60)
tp = s
34.Resposta ao degrauDifícil
+−12 VR = 39 ΩL = 20 mHC = 4,7 µFvC​

Um circuito RLC série com R = 39 Ω, L = 20 mH e C = 4,7 µF é ligado a um degrau de 12 V em t = 0. O capacitor está descarregado e nenhuma corrente flui antes do degrau. Encontre a tensão de pico do capacitor vC,max.

R = 39 ΩL = 20 mHC = 4,7 µFV = 12 V
vC,max = V
35.Diagramas de Bode e margensMédia
vin​L = 1 mHC = 10 µFR = 2 Ωvout​

No filtro passa-faixa RLC série mostrado, a saída é tomada sobre R = 2 Ω, com L = 1 mH e C = 10 µF. Encontre a frequência central (de ressonância) f0 em Hz.

R = 2 ΩL = 1 mHC = 10 µF
f0 = Hz
36.Diagramas de Bode e margensDifícil
|H| (dB)0,10,1111010100100−80−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−270−180−900ω180​

Uma malha com realimentação unitária tem a função de transferência de malha aberta L(s) = K/(s(s + 3)(s + 8)). Encontre o ganho K que dá uma margem de ganho de 4 dB.

L(s) = K/(s(s + 3)(s + 8))GM = 4 dB
K =
37.Estabilidade: Routh–Hurwitz e lugar das raízesMédia
R(s)+K1(s + 4)(s + 5)(s + 6)C(s)−

Uma malha com realimentação unitária tem L(s) = K/((s + 4)(s + 5)(s + 6)), com K > 0. Encontre o maior ganho Kmax para o qual a malha fechada é estável.

L(s) = K/((s + 4)(s + 5)(s + 6))
Kmax =
38.Estabilidade: Routh–Hurwitz e lugar das raízesDifícil
ReIm−1−2−3−4−5−6j1

O lugar das raízes de L(s) = K/(s(s + 3)(s + 5)) sai do eixo real entre s = 0 e s = −3. Encontre o ponto de saída sb.

L(s) = K/(s(s + 3)(s + 5))
sb =
39.Erro em regime permanente e controle PIDMédia
r(t) = 2t+Ks(s + 1)C(s)−

Uma malha com realimentação unitária com G(s) = K/(s(s + 1)) deve seguir a rampa r(t) = 2t com um erro em regime permanente de 0,5. Encontre o ganho K.

G(s) = K/(s(s + 1))r(t) = 2tess = 0,5
K =
40.Erro em regime permanente e controle PIDDifícil
R(s)+Kp​ + Ki​/s1s + 2C(s)−

Um controlador PI C(s) = Kp + Ki/s controla a planta G(s) = 1/(s + 2) em uma malha com realimentação unitária. A malha fechada deve ter ωₙ = 6 rad/s e ζ = 1. Encontre o ganho proporcional Kp.

G(s) = 1/(s + 2)ωₙ = 6 rad/sζ = 1
Kp =

3Soluções

1.Resistores em série e paralelo

Resposta: Req = 7,714 Ω

Resistores em série e em paralelo: em série a mesma corrente passa por cada resistor e R = R₁ + R₂ + …. Em paralelo cada resistor tem a mesma tensão e 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Uma rede em escada é reduzida um par por vez até restar uma única resistência equivalente.

R1​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​10 VR2​2 ΩAR4​2 ΩB

Combine os resistores a partir da extremidade mais distante

Comece pela extremidade mais distante da fonte e volte em direção a ela. Resistores com a mesma corrente estão em série; resistores entre os mesmos dois nós estão em paralelo.

R3 + R4 = 10 + 2 = 12 Ω
R2 ∥ 12 = 2·12/(2+12) = 1,714 Ω
Req = R1 + 1,714 = 6 + 1,714 = 7,714 Ω

Resposta

Req = 7,714 Ω
2.Resistores em série e paralelo

Resposta: IR2 = 0,7331 A

Resistores em série e em paralelo: em série a mesma corrente passa por cada resistor e R = R₁ + R₂ + …. Em paralelo cada resistor tem a mesma tensão e 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Uma rede em escada é reduzida um par por vez até restar uma única resistência equivalente.

R1​ = 15 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩAR4​20 ΩBR6​30 Ω

Combine os resistores a partir da extremidade mais distante

Comece pela extremidade mais distante da fonte e volte em direção a ela. Resistores com a mesma corrente estão em série; resistores entre os mesmos dois nós estão em paralelo.

R5 + R6 = 20 + 30 = 50 Ω
R4 ∥ 50 = 14,29 Ω
R3 + 14,29 = 18,29 Ω
R2 ∥ 18,29 = 2,577 Ω
Req = R1 + 2,577 = 15 + 2,577 = 17,58 Ω

Corrente da fonte

A fonte vê só Req, então a lei de Ohm dá a corrente que ela fornece. Essa corrente passa por R₁.

IR1 = V1/Req = 15/17,58 = 0,8534 A

Corrente em R₂

Subtraia a queda em R₁ para obter a tensão no nó A, que é a tensão sobre R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 15 − 0,8534·15 = 2,199 V
IR2 = VA/R2 = 2,199/3 = 0,7331 A

Resposta

IR2 = 0,7331 A
3.Análise nodal

Resposta: VB = 23,33 V

Análise nodal: escolha um nó de referência, nomeie as tensões de nó desconhecidas, escreva a lei das correntes de Kirchhoff em cada nó desconhecido usando a lei de Ohm (I = ΔV/R) e resolva as equações.

R1​ = 2 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩAR4​10 ΩBIs​1,5 A

Defina os nós

O terra é o fio de baixo. As tensões de nó conhecidas vêm direto das fontes (V1 = 30 V). Incógnitas: VA, VB.

LKC no nó A

As correntes que saem de A pelos resistores são iguais à corrente injetada em A pelas fontes.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/15 + (VA − 30)/2 + (VA − VB)/2 = 0
1,067·VA − 0,5·VB = 15

LKC no nó B

As correntes que saem de B pelos resistores são iguais à corrente injetada em B pelas fontes.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/10 + (VB − VA)/2 = 1,5
−0,5·VA + 0,6·VB = 1,5

Resolva

Δ = (1,067)(0,6) − (−0,5)(−0,5) = 0,39
VA = Δ1/Δ = 9,75/0,39 = 25 V
VB = Δ2/Δ = 9,1/0,39 = 23,33 V

Resposta

VB = 23,33 V
4.Análise nodal

Resposta: VB = 0,4265 V

Análise nodal: escolha um nó de referência, nomeie as tensões de nó desconhecidas, escreva a lei das correntes de Kirchhoff em cada nó desconhecido usando a lei de Ohm (I = ΔV/R) e resolva as equações.

R1​ = 4 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​30 VR3​12 ΩAR5​12 ΩBIs​3 A+−V2​15 V

Defina os nós

O terra é o fio de baixo. As tensões de nó conhecidas vêm direto das fontes (V1 = 30 V, V2 = 15 V). Incógnitas: VA, VB.

LKC no nó A

As correntes que saem de A pelos resistores são iguais à corrente injetada em A pelas fontes.

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/12 + (VA − 30)/4 + (VA − VB)/6 = 0
0,5·VA − 0,1667·VB = 7,5

LKC no nó B

As correntes que saem de B pelos resistores são iguais à corrente injetada em B pelas fontes.

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/12 + (VB − VA)/6 + (VB − 15)/25 = (−3)
−0,1667·VA + 0,29·VB = −2,4

Resolva

Δ = (0,5)(0,29) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,1172
VA = Δ1/Δ = 1,775/0,1172 = 15,14 V
VB = Δ2/Δ = 0,05/0,1172 = 0,4265 V

Resposta

VB = 0,4265 V
5.Análise de malhas

Resposta: VR2 = 0,75 V

Análise de malhas: dê a cada janela de um circuito planar sua própria corrente de laço, escreva a lei das tensões de Kirchhoff em cada laço (soma das quedas = soma das elevações) e resolva. As correntes de ramo são a corrente de malha, ou a diferença de duas correntes de malha em um ramo compartilhado.

R1​ = 3 ΩR2​ = 12 Ω+−V1​12 VR3​4 ΩA+−V2​6 VI1​I2​

Defina as correntes de malha

Desenhe uma corrente no sentido horário em cada janela: I1, I2. Um resistor compartilhado por duas malhas conduz a diferença entre suas correntes.

LKT na malha 1

No sentido horário, as quedas de tensão nos resistores são iguais às elevações de tensão das fontes (de − para + no sentido do percurso).

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
3·I1 + 4(I1 − I2) = 12
7·I1 − 4·I2 = 12

LKT na malha 2

No sentido horário, as quedas de tensão nos resistores são iguais às elevações de tensão das fontes (de − para + no sentido do percurso).

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
12·I2 + 4(I2 − I1) = (−6)
−4·I1 + 16·I2 = −6

Resolva

Δ = (7)(16) − (−4)(−4) = 96
I1 = Δ1/Δ = 168/96 = 1,75 A
I2 = Δ2/Δ = 6/96 = 0,0625 A

Resposta

IR2 = I2 = 0,0625 A
VR2 = IR2·R2 = 0,0625·12 = 0,75 V

Uma corrente de malha negativa flui no sentido anti-horário.

6.Análise de malhas

Resposta: IR5 = 0,96 A

Análise de malhas: dê a cada janela de um circuito planar sua própria corrente de laço, escreva a lei das tensões de Kirchhoff em cada laço (soma das quedas = soma das elevações) e resolva. As correntes de ramo são a corrente de malha, ou a diferença de duas correntes de malha em um ramo compartilhado.

R1​ = 8 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​5 VR4​10 ΩAR5​5 ΩB+−V2​18 VI1​I2​I3​

Defina as correntes de malha

Desenhe uma corrente no sentido horário em cada janela: I1, I2, I3. Um resistor compartilhado por duas malhas conduz a diferença entre suas correntes.

LKT na malha 1

No sentido horário, as quedas de tensão nos resistores são iguais às elevações de tensão das fontes (de − para + no sentido do percurso).

R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
8·I1 + 10(I1 − I2) = 5
18·I1 − 10·I2 = 5

LKT na malha 2

No sentido horário, as quedas de tensão nos resistores são iguais às elevações de tensão das fontes (de − para + no sentido do percurso).

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
10·I2 + 10(I2 − I1) + 5(I2 − I3) = 0
−10·I1 + 25·I2 − 5·I3 = 0

LKT na malha 3

No sentido horário, as quedas de tensão nos resistores são iguais às elevações de tensão das fontes (de − para + no sentido do percurso).

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
12·I3 + 5(I3 − I2) = (−18)
−5·I2 + 17·I3 = −18

Resolva

Δ = determinante da matriz de coeficientes = 5500
I1 = Δ1/Δ = 1100/5500 = 0,2 A
I2 = Δ2/Δ = −770/5500 = −0,14 A
I3 = Δ3/Δ = −6050/5500 = −1,1 A

Resposta

IR5 = I2 − I3 = 0,96 A

Uma corrente de malha negativa flui no sentido anti-horário.

7.Superposição

Resposta: I = 3,65 mA

Superposição: em um circuito linear, qualquer tensão ou corrente é a soma das respostas a cada fonte independente agindo sozinha. Para desligar uma fonte, substitua uma fonte de tensão ideal por um curto-circuito e uma fonte de corrente ideal por um circuito aberto. Os resistores ficam onde estão.

Escreva a resposta como soma de contribuições

Cada contribuição é proporcional à sua própria fonte, com uma constante que depende apenas dos resistores.

I = k₁·Vs + k₂·Is
15·k₁ + 6·k₂ = 4,5
4·k₁ + 10·k₂ = 3,3

Resolver para as constantes

Δ = (15)(10) − (6)(4) = 126
k₁ = Δ1/Δ = 25,2/126 = 0,2
k₂ = Δ2/Δ = 31,5/126 = 0,25
k₁ = 0,2 mA/V, k₂ = 0,25

Prever a nova corrente

I = 0,2·12 + 0,25·5 = 3,65 mA

Resposta

I = 3,65 mA
8.Superposição

Resposta: IR3 = 7,682 A

Superposição: em um circuito linear, qualquer tensão ou corrente é a soma das respostas a cada fonte independente agindo sozinha. Para desligar uma fonte, substitua uma fonte de tensão ideal por um curto-circuito e uma fonte de corrente ideal por um circuito aberto. Os resistores ficam onde estão.

R1​ = 2 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 6 Ω+−V1​30 VR3​2 ΩAABERTOBCURTO

Caso 1 · V1 agindo sozinha

V₂ vira um curto e Iₛ um circuito aberto. Visto de A, R₃ está em paralelo com o par em série R₂+R₄.

R3 ∥ (R2+R4) = 2 ∥ 10 = 1,667 Ω
VA = 30·1,667/(2+1,667) = 13,64 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 13,64·6/10 = 8,182 V
IR3′ = (VA − 0)/R3 = (13,64 − 0)/2 = 6,818 A
R1​ = 2 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 6 ΩCURTOR3​2 ΩAIs​4 ABCURTO

Caso 2 · Is agindo sozinha

As duas fontes de tensão viram curtos. Iₛ se divide em B entre R₄ (agora para o terra) e R₂ em série com R₁ ∥ R₃.

R1 ∥ R3 = 1 Ω, então o caminho da esquerda é R2+1 = 5 Ω
Req = R4 ∥ 5 = 2,727 Ω
VB = Is·Req = 4·2,727 = 10,91 V
VA = VB·1/5 = 2,182 V
IR3″ = (VA − 0)/R3 = (2,182 − 0)/2 = 1,091 A
R1​ = 2 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 6 ΩCURTOR3​2 ΩAABERTOB−+V2​5 V

Caso 3 · V2 agindo sozinha

V₁ vira um curto e Iₛ um circuito aberto. R₁ ∥ R₃ sai de A, em série com R₂ de volta a B.

R1 ∥ R3 = 2·2/(2+2) = 1 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−5)·5/11 = −2,273 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −2,273·1/5 = −0,4545 V
IR3‴ = (VA − 0)/R3 = (−0,4545 − 0)/2 = −0,2273 A

Some as contribuições

IR3 = IR3′ + IR3″ + IR3‴
IR3 = 6,818 + 1,091 + (−0,2273) = 7,682 A

Um resultado negativo significa que, na verdade, a corrente flui contra a seta.

9.Thévenin e Norton

Resposta: IN = 0,7442 A

Teorema de Thévenin: qualquer rede linear de dois terminais se comporta como uma única fonte de tensão Vth em série com uma resistência Rth. O teorema de Norton dá a mesma rede como uma fonte de corrente IN = Vth/Rth em paralelo com Rth.

R1​ = 15 ΩR3​ = 6 ΩCURTOR2​8 ΩAabRth​

Encontre Rth com todas as fontes desligadas

Substitua fontes de tensão por curtos e fontes de corrente por circuitos abertos, depois olhe para o circuito a partir de a–b.

R1 ∥ R2 = 15·8/(15+8) = 5,217 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5,217 + 6 = 11,22 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​8 ΩAab+−Vth​

Encontre Vth, a tensão de circuito aberto

Com a–b aberto, não passa corrente por R₃, então não há queda nele e V_b = V_A. R₁ e R₂ formam um divisor de tensão.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 24·8/(15+8) = 8,348 V
IN​0,7442 ARth​11,22 Ωab

Equivalente de Norton

Uma fonte de Norton é o mesmo circuito visto como uma fonte de corrente em paralelo com R_th. Sua corrente é a corrente de curto-circuito em a–b.

IN = Vth/Rth = 8,348/11,22 = 0,7442 A
10.Thévenin e Norton

Resposta: PL = 15,21 W

Teorema de Thévenin: qualquer rede linear de dois terminais se comporta como uma única fonte de tensão Vth em série com uma resistência Rth. O teorema de Norton dá a mesma rede como uma fonte de corrente IN = Vth/Rth em paralelo com Rth.

R1​ = 2 ΩR3​ = 2 ΩCURTOR2​8 ΩAABERTOBabRth​

Encontre Rth com todas as fontes desligadas

Substitua fontes de tensão por curtos e fontes de corrente por circuitos abertos, depois olhe para o circuito a partir de a–b.

R1 ∥ R2 = 2·8/(2+8) = 1,6 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,6 + 2 = 3,6 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​30 VR2​8 ΩAIs​2,5 ABab+−Vth​

Encontre Vth, a tensão de circuito aberto

Com a–b aberto, o único caminho para Iₛ é por R₃ até o nó A. Encontre V_A por superposição de V₁ e Iₛ, depois some a queda em R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 24 + (−2,5)·1,6 = 20 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 20 + (−2,5)·2 = 15 V
Rth​ = 3,6 Ω+−Vth​15 VRL​5 ΩIL​

Ligue a carga ao equivalente de Thévenin

A fonte de Thévenin e R_th em série se comportam exatamente como o circuito original em a–b, então a carga vê uma malha simples em série.

IL = Vth/(Rth + RL) = 15/(3,6 + 5) = 1,744 A
PL = IL²·RL = 1,744²·5 = 15,21 W
11.Transitórios RC e RL

Resposta: i = 0,09482 A

Transitórios de primeira ordem: em um circuito com um capacitor ou um indutor, toda tensão e corrente vai exponencialmente do valor inicial ao valor final: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, com τ = RC ou τ = L/R. Depois de cerca de 5τ o circuito se estabiliza.

Constante de tempo e corrente final

Muito depois de a chave fechar, o indutor se comporta como um curto, então a corrente final depende só de R.

τ = L/R = 100 mH / 100 Ω = 1 ms
i(∞) = Vs/R = 15/100 = 0,15 A

Corrente no instante dado

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,15·(1 − e−1/1) = 0,09482 A

Resposta

i = 0,09482 A
12.Transitórios RC e RL

Resposta: t = 1,347 ms

Transitórios de primeira ordem: em um circuito com um capacitor ou um indutor, toda tensão e corrente vai exponencialmente do valor inicial ao valor final: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, com τ = RC ou τ = L/R. Depois de cerca de 5τ o circuito se estabiliza.

Valor inicial, valor final, constante de tempo

Antes de t = 0 a chave fechada desvia R₂; depois R₁ e R₂ estão os dois na malha.

i(0) = 15/10 = 1,5 A
i(∞) = 15/(10 + 22) = 0,4688 A
τ = L/R = 47/32 = 1,469 ms
i(t) = 0,4688 + (1,5 − 0,4688)·e−t/τ

Resolva para o tempo

e−t/τ = (0,881 − 0,4688)/(1,5 − 0,4688) = 0,3998
t = 1,469·ln(2,502) = 1,347 ms

Resposta

t = 1,347 ms
13.Impedância CA e fasores

Resposta: P = 17,45 W

Circuitos CA com fasores: resistores, indutores e capacitores têm impedâncias R, jωL e 1/(jωC), com ω = 2πf. Em série, as impedâncias se somam como resistências, mas como números complexos. Corrente e tensão rms seguem a lei de Ohm com |Z|.

Reatâncias

XL = 62,83 Ω, XC = 72,34 Ω

Impedância

|Z| = √(30² + (−9,511)²) = 31,47 Ω

Potência ativa

Indutores e capacitores só armazenam e devolvem energia; o resistor absorve toda a potência ativa.

I = 24/31,47 = 0,7626 A
P = I²·R = 0,7626²·30 = 17,45 W

Resposta

P = 17,45 W
14.Impedância CA e fasores

Resposta: f0 = 519,1 Hz

Circuitos CA com fasores: resistores, indutores e capacitores têm impedâncias R, jωL e 1/(jωC), com ω = 2πf. Em série, as impedâncias se somam como resistências, mas como números complexos. Corrente e tensão rms seguem a lei de Ohm com |Z|.

Ressonância

Na ressonância as reatâncias indutiva e capacitiva se anulam: ωL = 1/(ωC). A frequência da fonte não importa.

f0 = 1/(2π√(LC)) = 1/(2π·√(0,02·4,7·10⁻⁶)) = 519,1 Hz

Resposta

f0 = 519,1 Hz
15.Potência CA e fator de potência

Resposta: cos φ = 0,8892

Potência CA: a potência aparente S = V·I (VA) se divide em potência ativa P = S·cos φ (W), que realiza trabalho útil, e potência reativa Q = S·sin φ (var), que vai e volta entre fonte e carga. O fator de potência é cos φ. Um capacitor em paralelo fornece potência reativa localmente, então a corrente de linha cai para a mesma potência ativa.

Potência reativa de cada carga

Uma carga indutiva consome potência reativa (Q > 0); uma carga capacitiva a fornece (Q < 0).

Q1 = 11·tan(arccos 0,65) = 12,86 kvar
Q2 = 0 = 0 kvar

Totais

P = 11 + 14 = 25 kW
Q = 12,86 + 0 = 12,86 kvar
S = √(25² + 12,86²) = 28,11 kVA

Fator de potência global

cos φ = P/S = 25/28,11 = 0,8892 indutivo

Resposta

cos φ = 0,8892
16.Potência CA e fator de potência

Resposta: Inew = 155,3 A

Potência CA: a potência aparente S = V·I (VA) se divide em potência ativa P = S·cos φ (W), que realiza trabalho útil, e potência reativa Q = S·sin φ (var), que vai e volta entre fonte e carga. O fator de potência é cos φ. Um capacitor em paralelo fornece potência reativa localmente, então a corrente de linha cai para a mesma potência ativa.

Potência reativa antes e depois

A potência ativa P não muda; só muda a potência reativa tirada da rede.

Q1 = P·tan φ1 = 35·tan(45,57°) = 35,71 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 35·tan(11,48°) = 7,107 kvar
QC = Q1 − Q2 = 28,6 kvar

Nova corrente de linha

Inew = P/(V·cos φ2) = 35000/(230·0,98) = 155,3 A

Resposta

Inew = 155,3 A
17.Potência trifásica

Resposta: P = 7,898 kW

Sistemas trifásicos equilibrados: em uma ligação Y (estrela) a tensão de linha é √3 vezes a tensão de fase, VL = √3·Vph, e a corrente de linha é igual à corrente de fase. Em uma ligação Δ (triângulo) a tensão de linha é igual à tensão de fase e a corrente de linha é √3 vezes a corrente de fase, IL = √3·Iph. A potência total é três vezes a potência de uma fase: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.

Potência aparente

S = √3·VL·IL = √3·480·10 = 8,314 kVA

Potência ativa

P = S·cos φ = 8,314·0,95 = 7,898 kW

Resposta

P = 7,898 kW
18.Potência trifásica

Resposta: QC = 64,54 kvar

Sistemas trifásicos equilibrados: em uma ligação Y (estrela) a tensão de linha é √3 vezes a tensão de fase, VL = √3·Vph, e a corrente de linha é igual à corrente de fase. Em uma ligação Δ (triângulo) a tensão de linha é igual à tensão de fase e a corrente de linha é √3 vezes a corrente de fase, IL = √3·Iph. A potência total é três vezes a potência de uma fase: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Correção do fator de potência: os capacitores fornecem potência reativa localmente, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Cada um dos três capacitores fornece QC/3 = V²·ω·C, onde V é a tensão sobre aquele capacitor: VL em um banco em Δ, VL/√3 em um banco em Y.

Potência reativa antes e depois

A potência ativa não muda, então cada fator de potência fixa a potência reativa: Q = P·tan φ.

Q1 = 120·tan(acos 0,72) = 120·0,9639 = 115,7 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0,92) = 120·0,426 = 51,12 kvar

Potência reativa dos capacitores

QC = Q1 − Q2 = 64,54 kvar

Resposta

QC = 64,54 kvar
19.Transformadores

Resposta: R1′ = 320 Ω

Transformador ideal: as tensões estão na razão das espiras e as correntes na razão inversa: V₁/V₂ = N₁/N₂ = a e I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a, então a potência de entrada é igual à de saída, V₁·I₁ = V₂·I₂. Uma impedância de carga Z no secundário aparece como a²·Z vista do primário.

Resistência referida

A tensão aumenta por um fator a e a corrente diminui por um fator a, então a razão V/I aumenta por a².

R1′ = a²·RL = 8²·5 = 320 Ω

Resposta

R1′ = 320 Ω
20.Transformadores

Resposta: Ploss = 184,4 W

Perdas no transformador: as perdas no núcleo (histerese e correntes parasitas) dependem da tensão e são as mesmas em qualquer carga. As perdas no cobre dos enrolamentos variam com o quadrado da corrente, então a uma fração x da carga nominal valem x²·Pcu,fl. Rendimento η = Pout/(Pout + Pcore + Pcu), com Pout = x·S·pf. O rendimento é máximo na carga em que as perdas no cobre são iguais às perdas no núcleo.

Perdas no cobre nesta carga

Pcu = x²·Pcu,fl = 0,5625·150 = 84,38 W

Perdas totais

As perdas no núcleo são as mesmas em qualquer carga.

Ploss = 100 + 84,38 = 184,4 W

Resposta

Ploss = 184,4 W

O rendimento nesta carga é η = 98,92%.

21.Circuitos com amplificadores operacionais

Resposta: Vout = −1,88 V

Regras do amplificador operacional ideal: com realimentação negativa, o amplificador ajusta sua saída para que as duas entradas fiquem na mesma tensão (V₋ = V₊), e nenhuma corrente entra em qualquer entrada. Escrever a LKC na entrada inversora com esses dois fatos dá a saída.

Tensão nas entradas

R₃ e R₄ conduzem a mesma corrente, então formam um divisor de tensão; a realimentação faz V₋ = V₊.

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = −1,1·47/(100 + 47) = −0,3517 V
V₋ = V₊

LKC na entrada inversora

(2,9 − −0,3517)/100 = (−0,3517 − Vout)/47
Vout = (R2/R1)·(V2 − V1) = (47/100)·(−1,1 − 2,9) = −1,88 V

Resposta

Vout = −1,88 V
22.Circuitos com amplificadores operacionais

Resposta: Vout = −10,64 V

Regras do amplificador operacional ideal: com realimentação negativa, o amplificador ajusta sua saída para que as duas entradas fiquem na mesma tensão (V₋ = V₊), e nenhuma corrente entra em qualquer entrada. Escrever a LKC na entrada inversora com esses dois fatos dá a saída.

Corrente de entrada e taxa da rampa

kΩ vezes µF dá milissegundos.

RC = 47 kΩ · 0,22 µF = 10,34 ms
taxa da rampa = −Vin/(RC) = −2,2/10,34 = −0,2128 V/ms

Saída no instante dado

O valor ideal fica dentro de ±Vsat, então o integrador ainda não saturou.

Vout = −Vin·t/(RC) = −2,2·50/10,34 = −10,64 V

Resposta

Vout = −10,64 V
23.Diodos e transistores

Resposta: VCE = 7,33 V

Ponto de polarização do TBJ: na região ativa VBE = 0,7 V, IC = β·IB e IE = (β + 1)·IB. Encontre IB pela malha da base com a LKT, depois IC e então VCE pela malha coletor–emissor. Um divisor de tensão na base é substituído por seu equivalente de Thévenin VTH = VCC·R₂/(R₁ + R₂), RTH = R₁∥R₂; um resistor de emissor aparece (β + 1) vezes maior na malha da base.

Corrente de base

IB = (VCC − VBE)/RB = (9 − 0,7)/820 kΩ = 10,12 µA

Corrente de coletor

IC = β·IB = 75·10,12 µA = 0,7591 mA

Tensão coletor–emissor

VCE = 9 − 0,7591 mA·2,2 kΩ = 7,33 V

Resposta

VCE = 7,33 V
24.Diodos e transistores

Resposta: PZ,max = 1142 mW

Regulador Zener: um diodo Zener polarizado reversamente mantém sua tensão VZ enquanto sua corrente permanece acima de um mínimo IZ,min. O resistor em série R assume a diferença entre a entrada e a saída: IR = (Vin − VZ)/R. Essa corrente se divide entre a carga, IL = VZ/RL, e o Zener: IZ = IR − IL. Projete para os piores casos: a menor entrada com a maior carga ainda deve deixar IZ,min, e a maior entrada sem carga dá a maior potência no Zener PZ = VZ·IZ.

Corrente do Zener no pior caso

IZ = 20,4/100 = 204 mA

Potência do Zener

PZ = 5,6·204 = 1142 mW

Resposta

PZ,max = 1142 mW
25.Sistemas de numeração

Resposta: U = 143

Definir bits: cada bit vale uma potência de dois (128, 64, …, 1). Um dígito hexadecimal são exatamente quatro bits, e em complemento de dois de 8 bits o bit mais à esquerda vale −128. As operações bit a bit atuam em cada posição de bit separadamente.

Inverter e somar um

113 = 0111 0001
invertido: 1000 1110
+1 → 1000 1111

Ler sem sinal

1000 1111₂ = 256 − 113 = 143

Resposta

U = 143
26.Sistemas de numeração

Resposta: R = 8

Definir bits: cada bit vale uma potência de dois (128, 64, …, 1). Um dígito hexadecimal são exatamente quatro bits, e em complemento de dois de 8 bits o bit mais à esquerda vale −128. As operações bit a bit atuam em cada posição de bit separadamente.

Bit a bit

Deslocar para a esquerda por 3 move cada bit 3 posições para a esquerda; os bits que saem pela extremidade esquerda se perdem e entram zeros pela direita.

0010 0001 << 3
= 0000 1000

Valor do resultado

0000 1000₂ = 8

Resposta

R = 8
27.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops

Resposta: N = 4

Mapas de Karnaugh: as células são ordenadas em código Gray (00, 01, 11, 10), de modo que células vizinhas, inclusive as que ficam nas bordas opostas, diferem em exatamente uma variável. Agrupe os 1s em retângulos de 1, 2, 4, 8 ou 16 células, o maior possível e o menor número possível, até que todo 1 esteja coberto. Cada grupo é um termo produto: as variáveis que permanecem constantes dentro dele. Um grupo de 2ᵏ células perde k variáveis. As condições irrelevantes (X) podem ser usadas para aumentar grupos, mas nunca precisam ser cobertas. Agrupar os 0s dá a forma POS mínima.

ABCD000111100001111010110302140507061121131150141809011010

Agrupe os 0s

Todo grupo é um retângulo de 2ᵏ células; as células das bordas são vizinhas das células da borda oposta.

(C′ + D)
(B + C′)
(A + B′ + D′)
(A′ + B + D′)

Forma POS mínima

F = (C′ + D)(B + C′)(A + B′ + D′)(A′ + B + D′)
N = 4

Resposta

N = 4

Existe outro agrupamento do mesmo tamanho; ele tem o mesmo número de termos e de literais.

28.Lógica digital: portas, mapas de Karnaugh e flip-flops

Resposta: Q = 8

Flip-flops e contadores: um flip-flop muda apenas na borda ativa do clock. D copia a sua entrada (Q⁺ = D); T inverte quando T = 1; JK mantém para 00, zera para 01, seta para 10 e inverte para 11. Um contador binário de n bits tem 2ⁿ estados e conta módulo 2ⁿ; um contador módulo N conta 0, 1, …, N − 1 e volta a 0, e precisa de flip-flops em número igual ao menor n com 2ⁿ ≥ N. Cada estágio de um contador assíncrono (ripple) divide a frequência por dois, de modo que a última saída de um contador módulo N funciona a fclk/N. Um contador Johnson de n flip-flops tem 2n estados, um contador em anel n.

Ciclos completos

A cada 11 pulsos o contador volta ao mesmo estado.

23 = 2·11 + 1

Contagem após os pulsos restantes

Q = (7 + 1) mod 11 = 8
Q = 1000₂

Resposta

Q = 8
29.Transformadas de Laplace

Resposta: A = 4,2

Transformada de Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt transforma derivadas em multiplicações por s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Pares usuais: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), e um deslocamento s → s + σ multiplica a função do tempo por e−σt. Para inverter uma F(s) racional, decomponha-a em frações parciais: o resíduo de um polo simples p é A = [(s − p)·F(s)] em s = p. Teorema do valor final: f(∞) = lims→0 s·F(s), válido apenas quando todos os polos de s·F(s) estão no semiplano esquerdo. Teorema do valor inicial: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Fatore o denominador

s² + 9s + 14 = (s + 2)(s + 7)
F(s) = A/(s + 2) + B/(s + 7)

Regra de cobertura

Multiplique por (s + 2) e faça s = −2: o termo em B desaparece.

A = (3s + 27)/(s + 7) |s = −2 = 21/5 = 4,2

Resposta

A = 4,2
(B = −1,2, então f(t) = 4,2·e−2t − 1,2·e−7t)
30.Transformadas de Laplace

Resposta: y(0.3) = 0,6933

Transformada de Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt transforma derivadas em multiplicações por s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Pares usuais: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), e um deslocamento s → s + σ multiplica a função do tempo por e−σt. Para inverter uma F(s) racional, decomponha-a em frações parciais: o resíduo de um polo simples p é A = [(s − p)·F(s)] em s = p. Teorema do valor final: f(∞) = lims→0 s·F(s), válido apenas quando todos os polos de s·F(s) estão no semiplano esquerdo. Teorema do valor inicial: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Transforme a equação

Y(s) = 30/(s(s + 3)(s + 4))

Frações parciais

A = 30/(3·4) = 2,5
B = 30/((−3)·1) = −10
C = 30/((−4)·(−1)) = 7,5

Saídas

y(t) = 2,5 − 10·e−3t + 7,5·e−4t
y(0,3) = 0,6933

Resposta

y(0,3) = 0,6933
31.Diagramas de blocos

Resposta: K = 6,25

Álgebra de diagramas de blocos: blocos em série se multiplicam (G₁·G₂), blocos em paralelo se somam (G₁ + G₂), e uma malha com caminho direto G e caminho de realimentação H se reduz a T = G/(1 + G·H) para realimentação negativa e G/(1 − G·H) para realimentação positiva. Reduza primeiro as malhas internas e depois avance para fora. Os polos de malha fechada são as raízes da equação característica 1 + G(s)H(s) = 0. Para uma malha estável, uma entrada em degrau de tamanho A dá a saída em regime permanente A·T(0); com realimentação unitária, o erro em regime permanente para um degrau é A/(1 + Kp) com Kp = G(0).

Equação característica

1 + K/((s + 7)(s + 12)) = 0 → s² + 19s + 84 + K = 0

Raiz repetida

Um polinômio s² + βs + γ tem uma raiz dupla quando β² = 4γ.

19² = 4(84 + K) → K = 361/4 − 84 = 6,25

Resposta

K = 6,25
Os dois polos de malha fechada ficam então em s = −9,5.
32.Diagramas de blocos

Resposta: ωd = 6,856 rad/s

Álgebra de diagramas de blocos: blocos em série se multiplicam (G₁·G₂), blocos em paralelo se somam (G₁ + G₂), e uma malha com caminho direto G e caminho de realimentação H se reduz a T = G/(1 + G·H) para realimentação negativa e G/(1 − G·H) para realimentação positiva. Reduza primeiro as malhas internas e depois avance para fora. Os polos de malha fechada são as raízes da equação característica 1 + G(s)H(s) = 0. Para uma malha estável, uma entrada em degrau de tamanho A dá a saída em regime permanente A·T(0); com realimentação unitária, o erro em regime permanente para um degrau é A/(1 + Kp) com Kp = G(0).

Equação característica

s(s + 6) + 56·1 = 0 → s² + 6s + 56 = 0

Raízes

s = −3 ± j·√(56 − 9) = −3 ± j6,856
ωd = 6,856 rad/s

Resposta

ωd = 6,856 rad/s
33.Resposta ao degrau

Resposta: tp = 0,4983 s

Resposta ao degrau: um sistema de primeira ordem G(s) = K/(τs + 1) responde a um degrau de tamanho U com y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): ele atinge 63,2 % do valor final K·U após uma constante de tempo τ e 98 % após 4τ. Um sistema de segunda ordem G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) tem os polos s = −ζωₙ ± jωd com ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Para 0 < ζ < 1 a resposta ao degrau tem sobressinal: sobressinal percentual %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tempo de pico tp = π/ωd e tempo de acomodação de 2 % ts ≈ 4/(ζωₙ). Compare o denominador com s² + 2ζωₙs + ωₙ² para obter ωₙ e ζ. Para um sistema massa–mola–amortecedor, ωₙ = √(k/m) e ζ = c/(2√(km)); para um circuito RLC série, ωₙ = 1/√(LC) e ζ = (R/2)·√(C/L).

Compare com a forma padrão

O denominador deve coincidir com s² + 2ζωₙs + ωₙ².

ωₙ² = 60 → ωₙ = 7,746 rad/s
2ζωₙ = 9 → ζ = 9/(2·7,746) = 0,5809

Resultado

ωd = 7,746·√(1 − 0,5809²) = 6,305 rad/s → tp = π/ωd = 0,4983 s

Resposta

tp = 0,4983 s
34.Resposta ao degrau

Resposta: vC,max = 16,49 V

Resposta ao degrau: um sistema de primeira ordem G(s) = K/(τs + 1) responde a um degrau de tamanho U com y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): ele atinge 63,2 % do valor final K·U após uma constante de tempo τ e 98 % após 4τ. Um sistema de segunda ordem G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) tem os polos s = −ζωₙ ± jωd com ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Para 0 < ζ < 1 a resposta ao degrau tem sobressinal: sobressinal percentual %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tempo de pico tp = π/ωd e tempo de acomodação de 2 % ts ≈ 4/(ζωₙ). Compare o denominador com s² + 2ζωₙs + ωₙ² para obter ωₙ e ζ. Para um sistema massa–mola–amortecedor, ωₙ = √(k/m) e ζ = c/(2√(km)); para um circuito RLC série, ωₙ = 1/√(LC) e ζ = (R/2)·√(C/L).

Frequência natural e razão de amortecimento

ωₙ = 1/√(LC) = 1/√(0,02·4,7 × 10⁻⁶) = 3262 rad/s
ζ = (R/2)·√(C/L) = (39/2)·√(4,7 × 10⁻⁶/0,02) = 0,2989

Resultado

%OS = 37,38 %
vC,max = 12·(1 + 0,3738) = 16,49 V

Resposta

vC,max = 16,49 V
35.Diagramas de Bode e margens

Resposta: f0 = 1592 Hz

Resposta em frequência: substitua s = jω na função de transferência. O módulo em decibéis é 20·log₁₀|H(jω)| e a fase é a soma dos ângulos dos fatores do numerador menos os do denominador. Um filtro RC ou RL de primeira ordem tem sua frequência de corte (−3 dB) em ωc = 1/(RC) ou R/L, e fc = ωc/(2π); um filtro passa-baixas dá |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) e φ = −atan(ω/ωc). No diagrama de Bode assintótico (de retas), cada polo inclina o módulo para baixo em 20 dB/década na sua frequência de canto, cada zero o inclina para cima em 20 dB/década, e um integrador 1/s dá −20 dB/década em todas as frequências. Cruzamento de ganho ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); margem de fase MF = 180° + ∠L(jωc). Cruzamento de fase ω180: ∠L(jω) = −180°; margem de ganho MG = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. A malha fechada é estável quando as duas margens são positivas.

Frequência de ressonância

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,001·1 × 10⁻⁵) = 10000 rad/s
f₀ = ω₀/(2π) = 1592 Hz

Resposta

f0 = 1592 Hz
36.Diagramas de Bode e margens

Resposta: K = 166,6

Resposta em frequência: substitua s = jω na função de transferência. O módulo em decibéis é 20·log₁₀|H(jω)| e a fase é a soma dos ângulos dos fatores do numerador menos os do denominador. Um filtro RC ou RL de primeira ordem tem sua frequência de corte (−3 dB) em ωc = 1/(RC) ou R/L, e fc = ωc/(2π); um filtro passa-baixas dá |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) e φ = −atan(ω/ωc). No diagrama de Bode assintótico (de retas), cada polo inclina o módulo para baixo em 20 dB/década na sua frequência de canto, cada zero o inclina para cima em 20 dB/década, e um integrador 1/s dá −20 dB/década em todas as frequências. Cruzamento de ganho ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); margem de fase MF = 180° + ∠L(jωc). Cruzamento de fase ω180: ∠L(jω) = −180°; margem de ganho MG = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. A malha fechada é estável quando as duas margens são positivas.

Cruzamento de fase

(ω/3)·(ω/8) = 1 → ω180 = √(3·8) = 4,899 rad/s

Módulo no cruzamento de fase

|L(jω180)| = K/(ω·√(ω² + 9)·√(ω² + 64)) = K/(3·8·(3 + 8)) = K/264

Ganho necessário

264/K = 104/20 = 1,585
K = 264/1,585 = 166,6

Resposta

K = 166,6
37.Estabilidade: Routh–Hurwitz e lugar das raízes

Resposta: Kmax = 990

Critério de Routh–Hurwitz: um sistema linear é estável quando todas as raízes do seu polinômio característico estão no semiplano esquerdo do plano s. Escreva os coeficientes alternadamente nas duas primeiras linhas da tabela de Routh. Cada elemento de uma nova linha vem das duas linhas acima; para um polinômio cúbico a₃s³ + a₂s² + a₁s + a₀ o elemento de s¹ é b₁ = (a₂·a₁ − a₃·a₀)/a₂. O número de trocas de sinal na primeira coluna é igual ao número de raízes no semiplano direito. Com um ganho K nos coeficientes, todos os elementos da primeira coluna devem permanecer positivos: o ganho que anula o elemento de s¹ é o limite de estabilidade, e a linha s² dá então a frequência da oscilação sustentada.

Polinômio característico

s³ + 15s² + 74s + 120 + K = 0

Tabela de Routh

s³: 1, 74
s²: 15, 120 + K
s¹: (15·74 − 120 − K)/15
s⁰: 120 + K

Condição

O elemento de s¹ deve permanecer positivo.

K < 15·74 − 120 = 990

Resposta

Kmax = 990

No limite a malha oscila em ω = √74 = 8,602 rad/s.

38.Estabilidade: Routh–Hurwitz e lugar das raízes

Resposta: sb = −1,214

Lugar das raízes: quando o ganho K vai de 0 a ∞, os polos de malha fechada, as raízes de 1 + K·G(s) = 0, movem-se dos polos de malha aberta para os zeros de malha aberta ou para o infinito. Um ponto do eixo real pertence ao lugar das raízes quando o número de polos e zeros reais à sua direita é ímpar. Os n − m ramos que vão ao infinito seguem assíntotas nos ângulos (2q + 1)·180°/(n − m), que partem do centroide σₐ = (Σ polos − Σ zeros)/(n − m). Os ramos saem do eixo real ou chegam a ele onde dK/ds = 0. A condição de ângulo ∠G(s) = 180° fixa a forma, e a condição de módulo K = 1/|G(s)| dá o ganho em qualquer ponto do lugar das raízes.

Ganho ao longo do eixo real

K(s) = −s(s + 3)(s + 5) = −(s³ + 8s² + 15s)

Pontos estacionários

dK/ds = −(3s² + 16s + 15) = 0
s = (−16 ± √(256 − 180))/6 = −1,214, −4,12

Escolha o ponto que está no lugar das raízes

O lugar das raízes está no eixo real entre 0 e −3; a outra raiz não pertence a ele.

sb = −1,214

Resposta

sb = −1,214
39.Erro em regime permanente e controle PID

Resposta: K = 4

Erro em regime permanente: em uma malha com realimentação unitária e função de transferência de malha aberta G(s), o erro é E(s) = R(s)/(1 + G(s)), e pelo teorema do valor final ess = lims→0 s·E(s). O tipo do sistema é o número de polos de G(s) em s = 0. As constantes de erro são Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s) e Ka = lim s²·G(s), todas para s → 0. Um degrau de tamanho A dá ess = A/(1 + Kp), uma rampa A·t dá A/Kv e uma parábola A·t²/2 dá A/Ka. Uma malha do tipo 0 segue um degrau com erro finito, uma malha do tipo 1 o segue exatamente e segue uma rampa com erro finito.

Constante de velocidade necessária

Kv = A/ess = 2/0,5 = 4

Ganho

K = 1·Kv = 4

Resposta

K = 4

Um ganho grande deixa esta malha muito pouco amortecida: ζ = 0,25. Esse conflito é o motivo de se usarem compensadores.

40.Erro em regime permanente e controle PID

Resposta: Kp = 10

Controle P, PI e PID: o controlador C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s atua sobre o erro. Um ganho proporcional torna a malha mais rápida e reduz o erro de uma planta do tipo 0, mas nunca o elimina. O termo integral acrescenta um polo em s = 0: o tipo do sistema sobe uma unidade, e um degrau é seguido sem erro. O termo derivativo acrescenta amortecimento. Para escolher os ganhos, escreva o polinômio característico de malha fechada e compare-o com s² + 2ζωns + ωn². Então %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd com ωd = ωn√(1 − ζ²), e ts ≈ 4/(ζωn).

Polinômio característico

1 + C(s)G(s) = 0, multiplicada por s(s + 2).

s² + (2 + 1Kp)s + 1Ki

Polinômio desejado

s² + 2·1·6s + 6² = s² + 12s + 36

Iguale os coeficientes

2 + 1Kp = 12 → Kp = 10

Resposta

Kp = 10

O termo integral torna a malha do tipo 1, então um degrau é seguido sem erro em regime permanente.

Este é um material de prática independente. O ExamProblems não é afiliado nem endossado pela organização que aplica este exame, e o nome do exame é usado apenas para descrever o conteúdo. O FE exam é realizado por NCEES, que não é afiliado ao ExamProblems e não o endossa.

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