Enunciado

53. Use o conceito de transformação de fontes para determinar V 0 no circuito da figura 10.97 .

Passo 1

A primeira coisa que temos que fazer é pensar num jeito de tornar esse circuito mais fácil pra gente trabalhar.

Por isso, vamos usar a transformação de fontes nessa parte aqui do circuito...

Essa associação em série entre uma fonte de tensão e uma resistência, pode ser transformada em uma associação em paralelo entre a mesma resistência e uma fonte de corrente I s , que é dada por:

I s = 20 ∠ 0 ° 4

I s = 5   A

Passo 2

Nosso circuito então, fica assim:

E desse jeito, bora calcular a impedância equivalente, Z s para a parte do circuito envolta pelo retângulo pontilhado. Ela é dada por:

Z s = ( j 2 | | 4 )   Ω

Z s = j 8 4 + j 2   Ω

Z s = 8 ∠ 90 ° 20 ∠ 26,565 °   Ω

Z s = 1,789 ∠ 63,435 °   Ω

Z s = 0,8 + 1,6   Ω

Multiplicando essa impedância pela fonte de corrente I s do p a s s o   anterior, obtemos o valor da tensão representada pela associação em paralelo entre a impedância e a fonte de corrente.

V s = Z s ⋅ I s

V s = ( 1,789 ∠ 63,435 °   Ω ) ⋅ ( 5 ∠ 0 °   A )

V s = 8,945 ∠ 63,435 °   V

Passando para a forma retangular:

V s = 4 + j 8   V

Passo 3

Na prática,o que fizemos foi usar novamente uma transformação de fonte. De uma associação em paralelo entre uma fonte de corrente e uma impedância, ficaremos com uma associação em série entre uma fonte de tensão e a mesma impedância.

Desse jeito aqui:

E novamente vamos usar a transformação de fontes. Temos que transformação essa parte envolta pela região pontilhada azul numa associação em paralelo entre a impedância dessa parte e uma fonte de corrente, que chamaremos de I x .

I x é dada por:

I x = V s Z s - j 3

Substituindo os valores, que já foram obtidos no P a s s o   2 , chegamos ao seguinte resultado...

I x = ( 4 + j 8 )   V 0,8 + j 1,6 - j 3   Ω

I x = ( 4 + j 8 ) 0,8 - j 1,4   A

I x = 8,9443 ∠ 63,435 ° 1,612 ∠ - 60,255 °   A

I x = 5,547 ∠ 123,69 °   A

I x = - 3,0769 + j 4,6154   A

Passo 4

Diante disso, nosso circuito passa a ter a seguinte cara:

Essa impedância Z x , é na verdade, igual a Z s - j 3 .

Pra simplificar ainda mais nosso circuito, bora obter a impedância equivalente, que chamaremos de Z y , pra essa região retangular preta tracejada. Ela é dada por:

Z y = ( Z x | | 2 )   Ω

Z y = 2 ⋅ ( 0,8 - j 1,4 ) 2 + 0,8 - j 1,4

Z y = 1,6 - j 2,8 2,8 - j 1,4

Z y = 1,030157 ∠ - 33,69 °   Ω

Z y = 0,8571 - j 0,5714   Ω

Multiplicando essa impedância pela fonte de corrente I x do p a s s o   anterior, obtemos o valor da tensão representada pela associação em paralelo entre a impedância e a fonte de corrente.

V y = Z y ⋅ I x

V y = ( 1,030157 ∠ - 33,69 °   Ω ) ⋅ ( 5,547 ∠ 123,69 °   A )

V y = 5,71428 ∠ 90 °   V

V y = j 5,71428

Passo 5

E com isso, chegamos então, ao seguinte circuito simplificado:

Para obter o valor de V 0 , que é o nosso principal objetivo, bora usar a divisão de tensão. Por esse método, temos que V 0 é dada por:

V 0 = - j 2 Z y + j 4 - j 2 ⋅ V y

Substituindo os valores numéricos pertinentes:

V 0 = - j 2 Z y + j 4 - j 2 ⋅ V y

V 0 = - j 2   0,8571 - j 0,5714   + j 4 - j 2 ⋅ ( j 5,71428 )

V x = 2 ∠ - 90 ° 1,66598 ∠ 59,038 ° ⋅ ( 5,71428 ∠ 90 ° )

V 0 = 6,86 ∠ - 59,04 °

Passando para a forma retangular:

V 0 = ( 3,529 - j 5,883 )   V

E voilà! Resposta obtida:

Resposta

V 0 = ( 3,529 - j 5,883 )   V

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