Enunciado

No circuito da Figura 7.140, determine v 0 e   i 0 , dado que v s = 4u(t) V e v(0) = 1 V.

Passo 1

Pela a informação que a questão nos oferece sabemos que,

v 1 = v o l t a g e m   d o   t e r m i n a l   n ã o   i n v e r s o r

v 2 = v o l t a g e m   d o   t e r m i n a l   i n v e r s o r

Para t>0

v 1 = v 2 = v s = 4   V

Passo 2

Observe que,

v s =   - i 0 R 1

R 1 = 20 k Ω

Note que, i 0 também pode ser expresso pela soma de duas correntes a que passa pelo capacitor e pelo resistor R 2 = 10 k Ω . Desse modo,

i 0 = v R 2 + C d v d t

Substituindo a primeira equação

- v s R 1 =   v R 2 + C d v d t

Sabemos que a solução para essa equação diferencial é dada por

v t = v ∞ + v 0 - v ∞ e - t / τ

Passo 3

É evidente que,

τ = R 2 C   = 10 * 10 3 2 * 10 - 6 = 1 50

A questão nos oferece que,

v 0 = 1   V

E quando tende ao infinito o capacitor pode ser tratado como circuito aberto, portanto a equação

- v s R 1 =   v R 2 + C d v d t

Torna

- v s R 1 =   v ( ∞ ) R 2

Resolvendo

v ∞ =   - R 2 R 1 v s =   - 10 20 4 =   - 2   V

Substituindo, temos

v t = - 2 + ( 1 + 2 ) e - 50 t

v t = - 2 + 3 e - 50 t

Passo 4

Porém a questão nos pede a tensão v 0 , mas sabemos que,

v = v s - v 0

Ou seja

v 0 = v s - v

v 0 = 4 + 2 - 3 e - 50 t

v 0 =   6 - 3 e - 50 t   u t   V

Quase terminando! Não vamos esquecer do i 0 , sabemos que,

i 0 =   - v s R 1 =   - 4 20 k

i 0 =   - 0.2   m A  

Resposta

v 0 =   6 - 3 e - 50 t   u t   V

i 0 =   - 0.2   m A  

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