Circuitos elétricos I - Elementos ativos e passivos

Elementos ativos e passivos

Os elementos de circuitos elétricos são classificados em ativos e passivos de acordo com o sentido da transformação energética.

Fig 01

Elementos ativos são os que fornecem energia ao circuito e, portanto, a potência é positiva.

Elementos passivos são os que recebem energia do circuito e, portanto, a potência dissipada é negativa.

A convenção de correntes e sinais é dada na Figura 01 deste tópico. 

+: terminal de maior potencial elétrico.
−: terminal de menor potencial elétrico.

Nos elementos ativos, a corrente circula do menor para o maior potencial e, nos elementos passivos, ela circula do maior para o menor potencial.

Exemplo típico de elemento passivo são resistores, mas podem ser também elementos que armazenam energia, como capacitores e indutores.

Elementos ativos são basicamente geradores de energia elétrica. Na prática, o termo gerador é usado para dispositivos que convertem energia mecânica em elétrica. De forma genérica, o termo fonte é mais usual, significando dispositivos que fornecem energia ao circuito, como geradores eletromecânicos, químicos (baterias) ou mesmo circuitos elétricos ou eletrônicos específicos para converter tensões / correntes de um circuito (em geral uma rede de distribuição) para outro.

Nesta série de páginas, fontes serão tratadas como blocos únicos de dois terminais, não havendo necessidade de considerar as formas originais de energia 

Fontes de tensão e de corrente

Fonte independente de tensão é um elemento ativo que mantém uma tensão constante entre seus terminais. Assim, a corrente é determinada pelo restante do circuito. Símbolo usual conforme exemplo (a) da Figura 01 (nesse caso, ela mantém 5 V para qualquer corrente).

Fig 01

Naturalmente, essa definição se refere ao caso ideal. Fontes reais sempre apresentam pequenas variações (que podem ser desprezadas na prática) e a estabilidade é válida apenas para uma faixa de corrente. 

Baterias são fontes de tensão comuns na prática. Por isso, o símbolo próprio é muitas vezes usado no lugar do anterior. Em (b) da Figura 01, exemplo de uma bateria, que equivale a uma fonte de tensão de 9 V.

Fonte independente de corrente é a que mantém uma corrente constante. A tensão é determinada pelo restante do circuito. Símbolo usual conforme (c) da Figura 01 (nesse exemplo, uma fonte de corrente de 2 A). A seta indica o sentido da corrente e, conforme convenção já vista para elemento ativo, o terminal de maior potencial (+) está no lado indicado por essa seta.

Fontes de correntes práticas são, em geral, implementadas com circuitos eletrônicos. As restrições reais são similares às anteriores, para fontes de tensão.

Fig 02

Fontes dependentes (ou controladas) de tensão ou de corrente operam de forma similar às anteriores, mas o nível da tensão ou corrente mantida depende de uma outra tensão ou de uma outra corrente de algum ponto do circuito.

Nos diagramas, são indicadas com a substituição dos círculos por losangos nos símbolos anteriores.

Considerando apenas a dependência linear, isto é, a relação dada por uma constante de proporcionalidade, são possíveis quatro arranjos conforme Figura 02 (as grandezas de controle são indicadas pelo índice x). 

(a) Fonte de tensão controlada por tensão: a tensão mantida é μ v_x e o coeficiente μ é denominado ganho de tensão(adimensional).

(b) Fonte de tensão controlada por corrente: a tensão mantida é r_m i_x, onde r_m é dito transresistência (unidade Ω, ohm).

(c) Fonte de corrente controlada por tensão: a corrente mantida é g_m v_x. O fator g_m é denominado transcondutância(unidade S, siemens).

(d) Fonte de corrente controlada por corrente: a corrente mantida é β i_x. A constante β é o ganho de corrente(adimensional).

Apesar das limitações práticas impostas pelas capacidades, deve-se notar que fontes de tensão nunca podem operar em curto-circuito. Se isso ocorrer e não houver dispositivo de proteção, a corrente atingirá valores elevados (infinito no caso ideal), podendo danificar a fonte ou o circuito. De forma similar, fontes de corrente não podem operar em aberto, porque, nesse caso, a tensão será levada a níveis altos ou infinito no caso ideal.