Se o pulso de entrada do gráfico abaixo for aplicado ao circuito, determine a resposta .
Passo 1
Precisamos encontrar a corrente no indutor quando a fonte de tensão tiver aquela forma apresentada no gráfico. A gente pode descrever esse pulso de entrada como uma fonte de que foi ligada em e uma fonte de que foi ligada mais tarde, em
Passo 2
Agora, vamos analisar no intervalo de . Nesse intervalo a fonte de tensão vale . Vamos analisar o circuito abaixo para encontrarmos a corrente nesse intervalo.
Primeiro, vamos aplicar a LCK ao nó:
Sabemos que a tensão no indutor tem a seguinte relação:
E como o indutor está em paralelo com o resistor de , eles possuem a mesma tensão.
Agora, vamos escrever a corrente em função da tensão nodal .
Substituindo,
Como,
Substituindo,
Passo 3
Chegamos a uma EDO não homogênea. A solução geral dessa equação é composta pela solução particular mais a solução da homogênea.
Primeiro, vamos resolver a homogênea:
Nós já resolvemos essa EDO quando estudamos o caso sem fontes e vimos que resposta é:
Agora, precisamos encontrar a solução particular.
Como é uma constante, a solução particular deve ser também uma constante:
sendo uma constante.
Substituindo, temos:
Como a derivada de uma constante é zero:
Portanto, a solução geral é:
Passo 4
Agora, precisamos encontrar o valor da constante Até o instante , não há circulação de corrente no circuito. Logo, . Lembrando que a corrente no indutor não pode variar instantaneamente, então:
Então, utilizando a nossa condição inicial
Substituindo:
Logo, a corrente no indutor para será:
Passo 5
Agora temos que calcular para .
Como a tensão da fonte passa a ser zero para , a fonte de tensão pode ser substituída por um curto-circuito, tornando o circuito igual ao caso sem fonte.
Fazendo a associação em paralelo dos resistores, temos:
Chegando nesse circuito RL sem fonte simples.
Aqui a gente tem que ter um cuidado especial, pois a nossa condição inicial é em Então, temos que considerar esse deslocamento no tempo.
Passo 6
Como a corrente no indutor não pode variar instantaneamente, ou seja:
Para instante , temos a expressão da corrente, que foi aquele calculado em Logo:
Logo, a corrente no indutor para será: